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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
DEPARTAMENTO DE ENERGIA NUCLEAR
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES (PROTEN)
DDAATTAAÇÇÃÃOO PPOORR TTEERRMMOOLLUUMMIINNEESSCCÊÊNNCCIIAA DDEE CCEERRÂÂMMIICCAASS DDOO
SSÍÍTTIIOO AARRQQUUEEOOLLÓÓGGIICCOO AALLDDEEIIAA DDOO CCAARRLLOOSS ((PPII))
Renata Libonati de Azevedo
Orientadora: Profa. Dra. Helen Jamil Khoury
Co-orientador: Prof. Dr. Henry Socrates Lavalle Sullasi
RECIFE – PERNAMBUCO – BRASIL
Fevereiro – 2011
RENATA LIBONATI DE AZEVEDO
DDAATTAAÇÇÃÃOO PPOORR TTEERRMMOOLLUUMMIINNEESSCCÊÊNNCCIIAA DDEE CCEERRÂÂMMIICCAASS DDOO
SSÍÍTTIIOO AARRQQUUEEOOLLÓÓGGIICCOO AALLDDEEIIAA DDOO CCAARRLLOOSS ((PPII))
Dissertação submetida ao Programa de Pós-
Graduação em Tecnologias Energéticas e
Nucleares, do Departamento de Energia
Nuclear, da Universidade Federal de
Pernambuco, como parte dos requisitos para a
obtenção do título de Mestre em Ciências
Nucleares, área de concentração Dosimetria e
Instrumentação.
Orientadora: Profa. Dra. Helen Jamil Khoury
Co-orientador: Prof. Dr. Henry Socrates Lavalle Sullasi
RECIFE – PERNAMBUCO – BRASIL
Fevereiro – 2011
A994d Azevedo, Renata Libonati de.
Datação por termoluminescência de cerâmicas do sítio arqueológico Aldeia do Carlos (PI) / Renata Libonati de Azevedo. - Recife: O Autor, 2011.
106 folhas, il., gráfs., tabs.
Orientador: Profª. Drª. Helen Jamil Khoury.
Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco. CTG. Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Energéticas e Nucleares, 2011.
Inclui Referências e Apêndices.
1. Datação. 2.Cerâmica. 3. Quartzo. 4.Termoluminescência. 5.Sítio Aldeia do Carlos (PI). I. Khoury, Helen Jamil (orientador). II. Título.
UFPE 612.01448 CDD (22. ed.) BCTG/2011-073
Aos meus pais, Maria de Fátima e Márcio, ao meu
padrasto, Adeílson, aos meus irmãos, Luiz Felipe,
Marina e Maria Júlia, aos meus avós, Antonio e Marina,
aos meus tios, Jeronymo e Luiz Antonio, a minha tia,
Mary Anne, e as minhas madrinhas Edna e Luciana,
pelo amor incondicional, carinho, dedicação e orientação
ao longo de minha vida.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, à Deus, por sempre ter iluminado minha vida.
À minha família, pelo amor, dedicação, apoio, compreensão e incentivo.
À professora Helen Khoury e ao professor Henry Lavalle, por terem além de
disponibilizado o tema e aceitado a realização deste trabalho de orientação e co-orientação,
demostrado confiança no meu progresso, dedicado atenção as minhas dúvidas, e fornecido
sábios conselhos que serviram para meu crescimento pessoal e profissional.
Aos professores Shigueo Watanabe, Pedro Guzzo, Vinicius Saito, Cláudia Alves,
Sandra Brito, Anne-Marie Pessis, Niède Guidon, pelas discussões e sugestões que muito
contruibuíram para a finalização do trabalho.
Ao professor Francisco Brandão e a professora Cari Borrás pela amizade e atenção
dispensada sempre que precisei.
À Fundação Museu do Homem Americano (FUMDHAM) e ao Instituto Nacional de
Pesquisas Arqueológicas do Semi-Árido (INAPAS) pela viabilização da coleta das amostras
cerâmicas no Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI).
Ao professor Casimiro Munita, do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
(IPEN-SP), pela realização das análises por ativação neutrônica.
Aos amigos e funcionários do Grupo de Dosimetria e Instrumentação Nuclear (DOIN)
pelo apoio, carinho, incentivo, discussões e ajuda que foram indispensáveis para a realização
deste trabalho.
Ao CNPq pela concessão da bolsa.
E a todos que direta ou indiretamente estiveram presentes no processo de elaboração
deste trabalho.
“Apesar dos nossos defeitos, precisamos enxergar que somos
pérolas únicas no teatro da vida e entender que não existem
pessoas de sucesso e pessoas fracassadas. O que existem são
pessoas que lutam pelos seus sonhos ou desistem deles.”
Augusto CuryAugusto CuryAugusto CuryAugusto Cury
DDAATTAAÇÇÃÃOO PPOORR TTEERRMMOOLLUUMMIINNEESSCCÊÊNNCCIIAA DDEE CCEERRÂÂMMIICCAASS DDOOSSÍÍTTIIOO AARRQQUUEEOOLLÓÓGGIICCOO AALLDDEEIIAA DDOO CCAARRLLOOSS ((PPII))
Autor: Renata Libonati de Azevedo Orientadora: Profa. Dra. Helen Jamil Khoury Co-orientador: Prof. Dr. Henry Socrates Lavalle Sullasi
RESUMO
O princípio do método de datação por Termoluminescência (TL) baseia-se na propriedade que alguns cristais (quartzo e feldspato), presentes na cerâmica, possuem de acumular dose devido à radiação. Quando a argila foi queimada para a produção dos artefatos, a TL presente nestes cristais foi apagada, eliminando a radiação acumulada nestes cristais até aquele momento. Posteriormente, estes cristais vão acumular dose devido à radiação ambiental até o momento da sua coleta. Quando estes cristais forem aquecidos em laboratório irão emitir certa quantidade de luz proporcional à dose acumulada (Dac), ao longo dos anos, devido à radiação ambiental. Relacionando esta Dac com a taxa de dose anual do local onde a amostra foi encontrada, pode-se determinar a idade dos materiais cerâmicos. Na determinação da taxa de dose anual para materiais cerâmicos considera-se além da taxa de radiação ambiental proveniente do solo e raios cósmicos (Dose Externa) a taxa de radiação do próprio cerâmico (Dose Interna). Este trabalho apresenta os resultados das datações por TL de 12 fragmentos cerâmicos provenientes do sítio arqueológico Aldeia do Carlos, localizado no sudoeste do Piauí, no Parque Nacional Serra da Capivara. A Dac foi determinada através do método de Doses Regenerativas no qual a intensidade TL natural é comparada com a intensidade TL de doses artificiais fornecidas em laboratório, através de uma fonte de Co-60. As áreas entre 200 e 375° C das curvas de emissão TL, determinadas através do Teste do patamar, foram utilizadas para a construção das curvas de calibração. A estimativa da taxa de dose anual foi obtida a partir da determinação dos teores de U, Th e K nos sedimentos coletados juntamente com as cerâmicas (Dose Externa), por meio de espectrometria gama, e nas cerâmicas (Dose Interna), por meio de análise por ativação neutrônica. Os teores de U, Th, K, Cr, Co e Rb presentes em algumas cerâmicas eram diferentes das demais, sugerindo que estas foram manufaturadas com argilas de depósitos diferentes. Os resultados das datações mostram ocupações em três períodos distintos no Sítio Aldeia do Carlos: 300-500, 600-900 e 1000-1300 anos AP, em acordo com a hipótese de que o local era utilizado como corredor de passagem de grupos ceramistas. Os resultados obtidos também estão compatíveis com os estudos arqueológicos realizados no Parque Nacional Serra da Capivara e em outras regiões do Nordeste do Brasil. Este trabalho também contribuiu para a implantação do método de datação de cerâmicas por TL no laboratório do Grupo de Metrologia Arqueológica e Patrimonial (MAP) da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE).
Palavras - chave: Datação, Cerâmica, Quartzo, Termoluminescência, Sítio Aldeia do Carlos (PI).
PPOOTTTTEERRYY TTHHEERRMMOOLLUUMMIINNEESSCCEENNCCEE DDAATTIINNGG FFRROOMM TTHHEEAARRCCHHAAEEOOLLOOGGIICCAALL SSIITTEE ““AALLDDEEIIAA DDOO CCAARRLLOOSS”” ((PPII))
Author: Renata Libonati de Azevedo Advisors: Profa. Dra. Helen Jamil Khoury
Prof. Dr. Henry Socrates Lavalle Sullasi
ABSTRACT
The principle of the thermoluminescence (TL) dating method is based on the property that some of the crystals present in pottery (quartz and feldspar) has to accumulate dose due to radiation. When the clay was burned to produce artifacts, the TL present in these crystals disappears, eliminating the dose accumulated up to this time. After that, the crystals will accumulate dose due to environmental radiation up to the time of sample collection. When these crystals are heated in the laboratory, they will emit a certain amount of light which is proportional to the cumulative dose (Dac) over the years due to the environmental radiation. The age of the pottery material can be determined relating this Dac to the annual dose rate of the site where the sample was found. To determine the annual dose rate in ceramic materials should be considered beyond the rate of environmental radiation from the soil and cosmic rays (External Dose) the rate of radiation from the ceramic itself (Internal Dose). This paper presents the results of TL dating of twelve pottery fragments from the archeological Site “Aldeia do Carlos”, located in the National Park “Serra da Capivara”, in the southwest of the State of Piauí. The Dac was determined by the method of regenerative doses, in which the natural TL signal is compared to the TL signals from doses given in the laboratory using a Co-60 source. The areas between 200 and 375 ° C in the TL glow curves, as determined by the Plateau Test, were used to generate calibration curves. The annual dose rate was estimated by the determination of the levels of U, Th and K in sediments collected with the ceramics (External Dose), by gamma spectrometry, and in ceramics (Internal Dose), by neutron activation analysis. The levels of U, Th, K, Cr, Co and Rb present in some ceramics are different from the others, suggesting that these were manufactured with clays from different deposits. The results of the dating show occupations in three distinct periods in “Aldeia do Carlos” (PI) Site: 300-500, 600-900 and 1000-1300 years BP, supporting the hypothesis that the site was used as a transit corridor for ceramic groups. The results are consistent with the archaeological studies conducted in the National Park “Serra da Capivara” and others northeast regions of Brazil. This work also contributed to the implementation of the TL dating pottery method by the Group of “Metrologia Arqueológica e Patrimonial” (MAP) at the “Universidade Federal de Pernambuco” (UFPE).
Keywords: Dating, Pottery, Quartz, Thermoluminescence, “Aldeia do Carlos” (PI) Site.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Localização do Parque Nacional Serra da Capivara (PI) com a distribuição dos sítios arqueológicos com vestígios de ocupação humana mais antigos (Adaptado de MÜTZENBERG, 2010). ..................................... 3
Figura 2: Localização do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI) no Parque Nacional Serra da Capivara e mapa com plano topográfico, onde pode ser observada a distribuição dos vestígios cerâmicos encontrados (Adaptado de FUMDHAM, 2008; MÜTZENBERG, 2010). .................................................................................................... 1
Figura 3: Mapas de declinação magnética para os anos de (a) 1700 e (b) 2005. (Adaptado de HARTMANN; AFONSO; TRINDADE, 2007) ............................................................................................................................... 7
Figura 4: Ciclo do Carbono (Fonte: Hawstuffworks, 2004). ................................................................................... 9
Figura 5: Ilustração dos anéis de crescimento de uma árvore com o registro de alterações devido a variações ambientais (GONÇALVEZ, 2007). ......................................................................................................................... 9
Figura 6: Esquema de representação do fenômeno da termoluminescência para: (a) processo de excitação devido à radiação ionizante, (b) equilíbrio metaestável, e (c) processo de estimulação ocasionado pelo aquecimento. ... 12
Figura 7: Diagrama esquemático de um sistema de leitura TL (Adaptado de BØTTER-JENSEN, 1997). ........... 13
Figura 8: Curvas de emissão TL para amostras de (a) quartzo natural brasileiro e (b) quartzo róseo natural (Adaptado de DURRANI et al., 1977; DAVI; SUNTA, 1981) ........................................................................... 14
Figura 9: Principais picos termoluminescentes do quartzo (Adaptado de FURETTA, 2010) . ............................. 15
Figura 10: Curva de emissão TL de sedimento rico em feldspato microclínio (Adaptado de BØTTER-JENSEN, 1997)...................................................................................................................................................................... 16
Figura 11: Esquema do princípio da datação por luminscência de materiais cerâmicos. ...................................... 17
Figura 12: Esquema da curva de calibração da leitura TL versus dose para amostra de datação realizada pelo método de doses aditivas. ...................................................................................................................................... 18
Figura 13: Esquema da curva de calibração da leitura TL versus dose para amostra de datação realizada pelo método de doses regenerativas. ............................................................................................................................. 19
Figura 14: Possíveis comportamentos de uma curvas de calibração: supralinearidade, linearidade, sublinearidade e saturação (Adaptado de AITKEN, 1985). ........................................................................................................... 20
Figura 15: Variação da resposta TL versus temperatura e teste do patamar para uma dada amostra irradiada com radiação gama (Adaptado de CHEN; MCKEEVER, 1997). ................................................................................. 22
Figura 16: Curvas de emissão TL da amostra natural e irradiada com diferentes temperaturas de pré-aquecimento de um fragmento de Terrazo (tipo de mármore) coletado no monastério de Tegernsee na Bavaria, Alemanha (Adaptado de GÖKSU; SCHWENK, 2000). ....................................................................................... 22
Figura 17: Esquema ilustrando os poderes de penetração das partículas alfa, beta e raios gama, emitidas por um elemento radioativo, em materiais cerâmicos. ....................................................................................................... 23
Figura 18: Fontes de radiação responsáveis pela dose acumulada nas amostras cerâmicas (Adaptado de AITKEN, 1970b).................................................................................................................................................................... 24
Figura 19: Variação das constantes F, J e H com a latitude geomagnética (Adaptado de PRESCOTT; STEPHAN, 1982 )..................................................................................................................................................................... 25
Figura 20: As fontes e os componentes da dose acumulada em cerâmica para datação utilizando grãos com diâmetro médio superior a 100 μm (Adaptado de WEIDA, 2008). ...................................................................... 26
Figura 21: Mapa topográfico do Sítio Aldeia do Carlos (PI) com a localização e fotos das Áreas B1 e D1 onde as amostras cerâmicas foram coletadas (Adaptado de FUMDHAM, 2008; MÜTZENBERG, 2010) . ..................... 38
Figura 22: Fotos da coleta da (A) amostra cerâmica e (B) do sedimento realizadas na Área D1 do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ..................................................................................................................... 40
Figura 23: Esquema do procedimento utilizado na preparação de amostras cerâmicas para datação por termoluminescência segundo a técnica da Inclusão do Quartzo. ........................................................................... 44
Figura 24: Fluxograma esquematizando o procedimento para determinação da dose acumulada ....................... 46
Figura 25: Irradiador Gammacell do Gamalab do DEN/UFPE e geometria de irradiação utilizada. .................... 47
Figura 26: Fragmento cerâmico do engenho Monjope (PE) selecionado para simulação da dose natural. ........... 49
Figura 27: Esquema de preparação das amostras de sedimento para medida através do método da espectrometria gama. ..................................................................................................................................................................... 50
Figura 28: (a) Curva de calibração e (b) curva de eficiência para o espectrômetro Canberra Eagle 5004 na geometria de medição adotada. ............................................................................................................................. 52
Figura 29: Difratogramas das amostras cerâmicas 179701(parte b), 179703, 179717 e 179724 do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ..................................................................................................................... 59
Figura 30: Curvas de emissão TL para dose natural simulada (A) e dose natural simulada mais dose adicional de 13 Gy (B). .............................................................................................................................................................. 60
Figura 31: Curva Patamar obtida através das curvas de emissão TL das amostras A e B. .................................... 61
Figura 32: Curvas de emissão TL para amostra zerada e irradiada com dose de 13 Gy com e sem pré-aquecimento de 150°C por 20 minutos antes da leitura TL. .................................................................................. 61
Figura 33: Curvas de emissão TL em função da dose da amostra cerâmica de Igarassu. ..................................... 62
Figura 34: Curva de calibração obtida através do método de doses regenerativas para a amostra cerâmica de Igarassu (PE) com dose natural simulada em laboratório de 5Gy. ........................................................................ 63
Figura 35: Curvas de intensidade TL natural das amostras cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI) selecionadas para datação. ..................................................................................................................................... 64
Figura 36: Curvas de emissão TL natural e TL natural mais dose adicional de 5 Gy para a amostra cerâmica 179732 . ................................................................................................................................................................. 65
Figura 37: Curva Patamar obtida através das curvas de emissão TL das amostras natural e natural mais dose adicional de 5 Gy para a amostra cerâmica 179732 . ............................................................................................ 65
Figura 38: Apresentação gráfica do estudo da temperatura de pré-aquecimento realizado na amostra 179701. Os valores das intensidades TL foram normalizados. ................................................................................................. 67
Figura 39: Curvas de emissão TL em função da dose das amostras cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ............................................................................................................................................................ 69
Figura 40: Curvas de calibração obtidas através do método dedoses regenerativas e das áreas entre 200 e 375 °C das curvas de emissão TL das amostras cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ....................... 72
Figura 41: Contorno dos fragmentos cerâmicos, em tamanho ilustrativo, coletados na Área D1 do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI), que apresentaram perfeito encaixe de contorno. ......................................... 78
Figura 42: Idade versus profundidade de coleta das amostras cerâmicas analisadas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ....................................................................................................................................................... 81
Figura 43: Comparação das idades das cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos(PI) com as idades estimadas para outros sítios arqueológicos do Parque Nacional Serra da Capivara que possuem vestígios cerâmicos. .............................................................................................................................................................. 82
Figura 44: Comparação das idades das cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI) com as idades obtidas através da datação por TL de cerâmicas provenientes de outros sítios arqueológicos da região Nordeste. ............................................................................................................................................................................... 82
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Informações sobre a natureza das amostras utilizadas e intervalo de tempo estimado para alguns métodos absolutos de datação (AITKEN, 1998; IKEYA, 1993). ......................................................................... 11
Tabela 2: Vantagens e desvantagens dos métodos de doses aditivas e doses regenerativas (AITKEN, 1998; WINTLE, 1997). ................................................................................................................................................... 20
Tabela 3: Valores padrões de taxa de dose anual (AITKEN, 1985; IKEYA, 1993). ............................................. 28
Tabela 4: Informações sobre algumas datações por TL de cerâmicas realizadas em sítios arqueológicos do Nordeste brasileiro. ............................................................................................................................................... 35
Tabela 5: Identificação das amostras de cerâmicas coletadas e profundidade de coleta na Área B1. ................... 37
Tabela 6: Identificação das amostras de cerâmicas coletadas e profundidade de coleta na Área D1. ................... 39
Tabela 7: Informações das amostras cerâmicas selecionadas para estudo de datação por termoluminescência. ... 41
Tabela 8: Informações sobre os valores de massa por alíquota, número de alíquota, massa total obtida após o procediemento de preparação das cerâmicas, e doses utilizadas para construção das curvas de calibração das amostras cerâmicas estudadas. .............................................................................................................................. 48
Tabela 9: Energias de emissão gama do Am-241, Cs-137 e Co-60. ...................................................................... 51
Tabela 10: Picos de emissão gama do Eu-152 e suas respectivas probabilidades de emissão (IKEYA, 1993). .... 52
Tabela 11: Energias de emissão que são utilizadas para a determinação das concentrações de U-238, Th-232 e K-40 através da técnica da espectrometria gama (IKEYA, 1993; HOSSAIN et al., 2002). ...................................... 53
Tabela 12: Concentrações percentuais, em ordem decrescente, dos oxídos presentes nas amostras cerâmicas e de sedimento, do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos - PI. ..................................................................................... 57
Tabela 13: Fases cristalinas observadas nos difratogramas de raios X das amostras cerâmicas 179701 (parte b), 170703, 179717 e 179724 do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos - PI . ............................................................ 58
Tabela 14: Regiões estáveis da curva de emissão TL obtidas através do Teste do patamar. ................................. 66
Tabela 15: Temperaturas em que foram observados picos TL nas curvas de emissão TL das amostras cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ....................................................................................................... 70
Tabela 16: Equações lineares das curvas de calibração das amostras cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ............................................................................................................................................................ 73
Tabela 17: Valores das Doses Acumuladas determinados para as amostras cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ............................................................................................................................................ 73
Tabela 18: Concentrações de U-238, Th-232 e K-40 determinadas por espectrometria gama e taxas de dose de radiação externa, desconsiderando a contribuição do Rn-222 e Rn-220, para as Áreas B1 e D1 do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ..................................................................................................................... 74
Tabela 19: Concentrações de U-238, Th-232 e K-40 determinadas por análise de ativação neutrônica e taxas de dose de radiação interna, considerando a contribuição do Rn-222 e Rn-220, para as Áreas B1 e D1 do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ..................................................................................................................... 76
Tabela 20: Taxas de dose anual para as amostras cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ........ 77
Tabela 21: Resultado das datações por termoluminescência das amostras cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ....................................................................................................................................................... 77
Tabela 22: Peças cerâmicas sugeridas para o Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ..................................... 79
Tabela 23: Concentrações de U, Th, K, Cr, Co, Rb e Fe determinadas através da análise por ativação neutrônica das amostras cerâmicas do Sítio Arqueológico Aldeia do Carlos (PI). ................................................................. 80
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................. 1
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................................................... 6
2.1. MÉTODOS DE DATAÇÃO ................................................................................................................................ 7
2.2. O MÉTODO DE DATAÇÃO POR TERMOLUMINESCÊNCIA ............................................................................... 12
2.2.1. Princípio da Termoluminescência ..................................................................................................... 12
2.2.2. Princípio do método de datação por termoluminescência ................................................................. 16
2.2.3. Estimativa da dose acumulada .......................................................................................................... 17
2.2.3.1. Método de Doses Aditivas ......................................................................................................... 18
2.2.3.2. Método dedoses regenerativas.................................................................................................... 18
2.2.3.3. Parâmetros que influenciam a estimativa da dose acumulada .................................................... 21
2.2.4. Estimativa da taxa de dose anual....................................................................................................... 23
2.3. DATAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS POR TERMOLUMINESCÊNCIA ........................................................... 29
2.3.1. Técnicas para datação por Termoluminescência de cerâmicas ........................................................ 29
2.3.1.1. Técnica da Inclusão do Quartzo (Grãos Grossos) ...................................................................... 30
2.3.1.2. Técnica dos Grãos Finos ............................................................................................................ 31
2.3.2. Algumas datações de cerâmicas por Termoluminescência ................................................................ 31
3. METODOLOGIA ........................................................................................................................................... 37
3.1. COLETA DAS AMOSTRAS ............................................................................................................................. 37
3.2. SELEÇÃO DAS AMOSTRAS ........................................................................................................................... 40
3.3. ANÁLISE POR DIFRAÇÃO E ESPECTROMETRIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X ......................................... 42
3.4. DATAÇÃO POR TERMOLUMINESCÊNCIA ...................................................................................................... 43
3.4.1. Determinação da dose acumulada ..................................................................................................... 43
3.4.1.1. Preparação da amostra ................................................................................................................ 43
3.4.1.2. Teste do patamar ........................................................................................................................ 45
3.4.1.3. Estudo do pré-aquecimento ........................................................................................................ 45
3.4.1.4. Datação pelo método de doses regenerativas ............................................................................. 45
3.4.1.5. Avaliação do processo de determinação da dose acumulada ..................................................... 48
3.4.2. Determinação da taxa de dose anual ................................................................................................. 50
3.4.2.1. Determinação da taxa de dose da radiação externa .................................................................... 50
3.4.2.2. Determinação da taxa de dose da radiação interna ..................................................................... 54
3.4.3. Determinação das idades ................................................................................................................... 56
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO..................................................................................................................... 57
4.1. ANÁLISE POR DIFRAÇÃO E ESPECTROMETRIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X ......................................... 57
4.3. AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE DETERMINAÇÃO DA DOSE ACUMULADA ...................................................... 60
4.3.1. Estudo do patamar ............................................................................................................................. 60
4.3.2. Estudo do pré-aquecimento ............................................................................................................... 61
4.3.3. Determinação da dose acumulada ..................................................................................................... 62
4.4. DATAÇÃO POR TERMOLUMINESCÊNCIA ...................................................................................................... 64
4.4.1. Teste do patamar................................................................................................................................ 64
4.4.2. Teste do pré-aquecimento .................................................................................................................. 66
4.4.3. Determinação da Dose Acumulada ................................................................................................... 67
4.4.4. Determinação da Taxa de Dose Anual .............................................................................................. 74
4.4.4.1. Determinação da taxa de dose da radiação externa .................................................................... 74
4.4.4.2. Determinação da taxa de dose da radiação interna ..................................................................... 75
4.4.4.3. Estimativa da taxa de dose anual ................................................................................................ 76
4.4.5. Determinação das idades ................................................................................................................... 77
5. CONCLUSÃO ................................................................................................................................................. 83
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................................. 85
APÊNDICE A- TESTES DO PATAMAR ......................................................................................................... 93
APÊNDICE B- VALORES DAS LEITURAS TERMOLUMINESCENTES ................................................ 98
APÊNDICE C- TABELAS DE CONCENTRAÇÃO ..................................................................................... 103
APÊNDICE D- PROTOCOLO DE COLETA DE MATERIAIS CERÂMICOS PARA DATAÇÃO POR
TERMOLUMINESCÊNCIA ............................................................................................................................ 106
1
1. INTRODUÇÃO
Um dos principais objetivos da arqueologia é a reconstrução da cultura e história das
sociedades passadas. Os aspectos culturais, tais como: tecnologia, costume e organização
social, são traçados, em grande parte, a partir dos vestígios arqueológicos (JONES, 2004).
Nos dias atuais, várias técnicas e métodos estão disponíveis tanto para a análise como
para a datação dos vestígios arqueológicos, permitindo, respectivamente, a caracterização das
tecnologias utilizadas em suas confecções e o estabelecimento de cronologias nos locais onde
foram encontrados (GEBHARD, 2003).
Os vestígios cerâmicos representam um sofisticado acúmulo das experiências e
conhecimentos humanos em relação aos recursos naturais disponíveis, indicando uma prova
irrefutável da ocupação humana em locais onde restos orgânicos, como esqueletos, não são
encontrados (SINOPOLI, 1991). Além disso, por serem objetos que se conservam ao longo do
tempo (resistência ao intemperismo), os vestígios cerâmicos são encontrados com grande
freqüência nos vários sítios arqueológicos (BENEA et al., 2007). Por estes motivos, os
artefatos cerâmicos destacam-se dentre os diversos tipos de vestígios arqueológicos.
A cerâmica é formada a partir de uma pasta, constituída pela mistura de argila com
água, podendo, às vezes, serem adicionados a esta outros materiais (orgânicos ou
inorgânicos), de modo a permitir sua moldagem em várias formas, produzindo, assim, objetos
para as mais diversas finalidades. Após a moldagem, é necessário que a pasta cerâmica seja
seca e aquecida a uma alta temperatura para que possa adquirir consistência e se transformar
num objeto resistente e duradouro (SANTOS, P., 1989).
As cerâmicas podem ser confeccionadas sob diferentes técnicas de manufatura e
apresentar vários tipos de acabamento de superfície e decoração, que irão refletir a cultura e a
sociedade nas quais o ceramista que as confeccionou estava inserido (SALVIA;
BROCHADO, 1989). Por este motivo é que além de indicar a presença humana em um
determinado local, o estudo da cerâmica tem papel fundamental na identificação das
características do povo que a produziu.
Desta forma, o estudo e datação dos vestígios cerâmicos tem sido de grande
importância para o entendimento da dinâmica das sociedades pré-históricas, uma vez que,
devido ao intemperismo do clima, como é o caso do Brasil, restos orgânicos em bom estado
de conservação não são encontrados com frequência (SANTOS, J., 2007).
2
A datação de materiais cerâmicos pode ser realizada principalmente através dos
métodos de análise estilística, arqueomagnetismo, radiocarbono e termoluminescência (TL).
O método de datação por análise estilística é bastante limitado porque depende da
existência de um outro objeto de idade conhecida para a realização da associação deste com o
objeto cerâmico de interesse, fornecendo, deste modo, idades relativas. O método de datação
arqueomagnético é bastante promissor. Contudo, até o momento, não é amplamente aplicado
devido a limitações metodológicas e experimentais. A datação radiocarbônica é um método
bem conhecido e estabelecido, mas, requer que a cerâmica possua certa quantidade de
material orgânico, que nem sempre é observada. Por outro lado, o método bem consolidado da
TL, que utiliza materiais inorgânicos presentes na composição dos cerâmicos, tem sido o
método de datação de cerâmicos mais indicado e utilizado nas últimas décadas (BENEA et
al., 2007).
A TL é um fenômeno inerente aos minerais, como o quartzo que está presente na
argila das cerâmicas que, ao serem expostos a algum tipo de radiação ionizante, absorvem
energia e tornam-se excitados. Através do aquecimento (fonte de estimulação) se desexcitam
liberando uma pequena, porém mensurável, quantidade de luz que é proporcional à dose de
radiação absorvida (MCKEEVER, 1985).
Durante a queima, necessária para a produção da cerâmica, a luminescência presente
nos cristais de quartzo da argila é apagada (zerada), eliminando, desta forma, a radiação
acumulada nestes cristais. A partir deste momento, que é considerado a idade zero da amostra,
até o momento em que o objeto é coletado, os cristais presentes na argila acumulam dose
devido à radiação ambiental, permitindo a datação por TL.
A possibilidade de datar objetos cerâmicos através de suas propriedades TL foi
primeiramente proposta por Grogler et al. (1960) e Kennedy e Knopff (1960), tendo sido o
método de datação desenvolvido por Martin Aitken no início da década de 1960 (AITKEN,
1985). Nesta mesma década, o método de datação por TL foi introduzido no Brasil pelo
professor Shigueo Watanabe no Instituto de Física da USP (ARENAS, 1994). Desde então,
grandes avanços na instrumentação e metodologia de medição foram obtidos como
consequência direta dos diversos estudos e aplicações realizados nos laboratórios (WINTLE,
2008a).
Datações de cerâmicas por TL já foram realizadas com sucesso em diversos sítios
arqueológicos do Brasil. Na região Nordeste, no estado de Sergipe, cerâmicas de diversos
sítios do Baixo São Francisco foram datadas por meio da TL fornecendo idades que variam de
342 ± 51 anos AP1 (Sítio
2002, 2007; SOUZA et al.,
Piauí, foi realizada a dataç
idade de 1950 ± 150 AP
maior compreensão da dinâ
habitaram a região Nordest
No sudoeste do esta
com evidências de presenç
maioria destes sítios está
conhecida como Parque Na
Figura 1: Localização doarqueológicos com vestígios
1 AP- Antes do Presente.
Porto Belo) a 3865 ± 398 anos AP (Sítio J
, 2006). No Sítio Cana Brava, localizado no
ção por TL de uma cerâmica, tendo sido es
(MÜTZENBERG, 2010). Estas datações t
âmica de ocupação e das relações entre os gru
te no passado.
ado do Piauí existe uma grande quantidade d
ça humana que remontam a 50 mil anos A
á localizada numa área de aproximadamen
acional Serra da Capivara, como pode ser obs
o Parque Nacional Serra da Capivara (PI) com a dide ocupação humana mais antigos (Adaptado de M
3
Justino) (SANTOS, J.,
sudoeste do estado do
stimada para esta uma
têm possibilitado uma
upos pré-históricos que
de sítios arqueológicos
AP (PESSIS, 2000). A
nte 130 mil hectares,
ervado na Figura 1.
istribuição dos sítios MÜTZENBERG, 2010).
4
A maioria das datações realizadas nestes sítios foi obtida através do método do C-14, a
partir de carvões associados a estruturas de fogueiras primitivas (MARTIN, 2005). Em muitos
destes sítios, artefatos cerâmicos estavam associados a estas estruturas, o que possibilitou a
datação indireta das cerâmicas da região. As idades obtidas, que variam de 8.960 ± 70 AP, no
Sítio do Meio (GUIDON; PESSIS; MARTIN, 1990) há 420 anos AP, no Sítio Toca do
Pitombi (MARANCA, 1991), indicam que a prática de utilização da cerâmica surgiu em um
tempo bem mais remoto do que se imaginava nesta região e permaneceu por um longo
período, até a chegada do colonizador europeu (OLIVEIRA, 2002).
Muitos sítios com presença de vestígios cerâmicos na área do Parque Nacional Serra
da Capivara ainda não foram datados (OLIVEIRA, 2001). Um exemplo é o Sítio Aldeia do
Carlos, que foi descoberto em 2006. Neste Sítio foram encontrados e coletados mais de
54.000 mil fragmentos cerâmicos (FUMDHAM, 2006), sendo a distribuição destes
fragmentos no sítio apresentada no mapa da Figura 2.
A catalogação dos vestígios cerâmicos do Sítio Aldeia do Carlos ainda está em
andamento e o estudo de suas características em fase inicial. Contudo, as análises preliminares
das cerâmicas do Sítio Aldeia do Carlos, realizadas pelos pesquisadores da Fundação do
Homem Americano (FUMDHAM), têm indicado uma nova técnica/tradição cerâmica
diferenciada, em princípio, das características observadas em outras cerâmicas já estudadas na
região (OLIVEIRA, 2010).
O objetivo deste trabalho é o de efetuar a datação de fragmentos cerâmicos
encontradas no Sítio Aldeia do Carlos visando contribuir para os estudos arqueológicos da
região, bem como a implantação, no Departamento de Energia Nuclear (DEN) da
Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), do método de datação por TL, consolidando,
assim, as atividades do Grupo de Metrologia Arqueológica e Patrimonial (MAP) da UFPE na
área de datação de cerâmicas por TL.
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ura
2: L
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6
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Como se sabe, os vestígios arqueológicos são a fonte primária de informações acerca
das civilizações passadas. O estudo desses vestígios fornece à humanidade informações
fundamentais para o esclarecimento de diversas hipóteses e compreensão da evolução do
desenvolvimento cultural e tecnológico do ser humano. Através da datação dessas evidências
arqueológicas, é possível obter uma estimativa temporal de quais locais foram habitados,
quando eventos ocorreram. Os métodos de datação são classificados em relativos ou absolutos
(MICHELS, 1972).
Os métodos relativos, tais como a estratigrafia, relacionam os materiais encontrados
com outros, que podem ter idades conhecidas ou não, classificando-os em mais antigos ou
mais recentes, não permitindo, desta forma, o estabelecimento da duração dos eventos
(PARROT, 1977). Por exemplo, se vários vestígios cerâmicos forem encontrados em uma
escavação, os localizados a alguns metros de profundidade devem ser, a princípio, mais
antigos que os encontrados a poucos centímetros da superfície.
A estimativa dos valores das idades e duração dos eventos é obtida apenas através dos
métodos absolutos de datação. Esses métodos utilizam alguma propriedade (física ou
química) do material que varia com o tempo, permitindo a medida da idade. Vários métodos
absolutos de datação foram desenvolvidos ao longo dos anos, visando a determinação de
idades ao longo de várias faixas de tempo e dos mais variados tipos de materiais. Como
exemplo, podemos citar os métodos do Arqueomagnetismo, do Carbono Catorze (C-14), da
Luminescência Termicamente Estimulada (TL) e Luminescência Opticamente Estimulada
(LOE), e o da Espectroscopia por Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE).
Com o objetivo de se obter uma melhor compreensão do papel da datação por TL para
a arqueologia, faz-se necessário inicialmente uma breve descrição de alguns métodos
absolutos de datação.
7
2.1. Métodos de datação
No caso dos métodos absolutos de datação, alguns fenômenos físicos e químicos
observados em certos materiais atuam como um “cronômetro”, permitindo, assim, a
determinação da idade de objetos e duração de eventos (IKEYA, 1993).
De uma forma geral, o “cronômetro” utilizado na estimativa de uma idade pode estar
relacionado com métodos de datação baseados em processos rítmicos naturais, como é o caso
do arqueomagnetismo e da dendrocronologia; no decaimento radioativo, a exemplo do C-14;
nos efeitos da radiação na matéria, como nos métodos TL, LOE e RPE; e em reações
químicas, como na racemização de aminoácidos (AITKEN, 1999).
O método do arqueomagnetismo fundamenta-se no princípio de que a direção e
intensidade do campo magnético terrestre variam com o tempo. As primeiras ideias para o
desenvolvimento deste método surgiram no final do século XIX quando o cientista italiano
Folgheraiter (1899) tentou datar vasos cerâmicos através da medida da direção do
magnetismo remanescente nos minerais presentes em suas composições (AITKEN, 1970b).
Como se sabe, solos argilosos contêm minerais com propriedades magnéticas, e,
quando este material é aquecido a certa temperatura, as partículas ferromagnéticas presentes
em sua composição assumem a direção e intensidade proporcional ao campo magnético da
Terra. Após o seu resfriamento, o material irá reter esta direção e intensidade. Medindo estas
intensidades, a idade da amostra pode ser determinada se as mudanças no campo magnético
terrestre forem conhecidas (MICHELS, 1972). Esta mudança do campo magnético terrestre
pode ser observada na Figura 3, que mostra que em 305 anos a linha que indica declinação
zero (linha grossa indicada por seta em ambos os mapas) migrou mais de 5.000 km para oeste.
Figura 3: Mapas de declinação magnética para os anos de (a) 1700 e (b) 2005. (Adaptado de HARTMANN; AFONSO; TRINDADE, 2007)
a b
8
Dentre os vários métodos de datação baseados no decaimento radioativo, destaca-se o
conhecido método do radiocarbono, ou do C-14. Para que um material possa ser datado
através do método do C-14, basta que este possua em sua composição uma certa quantidade
de carbono.
O carbono possui dois isótopos estáveis (C-12 e C-13) e um instável (C-14). A
datação radiocarbônica é possível devido a uma pequena concentração de C-14, cerca de 10-12
vezes menor que a do C-12, em todas as plantas, animais vivos, e carbonatos dissolvidos nos
oceanos (AITKEN, 1970b).
Esta concentração, que se mantêm aproximadamente constante, representa o nível de
equilíbrio entre o decaimento radioativo do C-14 e sua produção a partir da interação dos
raios cósmicos com o nitrogênio (N-14) presente na alta atmosfera. O C-14 produzido entra
no ciclo do carbono, ilustrado na Figura 4 e, sob a forma de dióxido de carbono (CO2), é
incorporado pelas plantas através do processo de fotossíntese, sendo então disseminado pelos
animais através da ingestão direta destas plantas. Após a morte dos seres vivos, o ciclo de
carbono é interrompido. Como o C-14 é radioativo, ao longo dos anos, ocorre o decaimento
dos átomos presentes no organismo morto, o que permite, assim, determinar quantos anos se
passaram desde a sua morte. Portanto, sabendo o número de átomos de C-14 presente numa
determinada quantidade de matéria, associado à meia-vida de C-14, que é de 5730 anos, pode-
se estabelecer uma data para o fim da cadeia do carbono na amostra (LIBBY, 1955; MOOK;
WATERBOLK, 1985).
Contudo, a concentração praticamente constante de C-14, pode ter oscilado ao longo
dos anos. Fato este que necessita ser considerado na hora de datar uma amostra através deste
método.
A correção deste método pode ser realizada através de outros métodos de datação,
como o da dendrocronologia, que analisa e interpreta o crescimento anual dos anéis das
árvores. Estes anéis são bastante sensíveis às alterações ambientais permitindo que fatores
como temperatura e umidade, entre muitos outros, sejam registrados (HILLAM, 1998). A
Figura 5 mostra a imagem dos anéis de crescimento de uma árvore, na qual estão
evidenciadas as alterações em decorrência de alguns tipos de variações ambientais.
Como já foi mencionado anteriormente, ainda existem métodos de datação baseados
nos efeitos da radiação na matéria, como é o caso da datação por Luminescência (TL e LOE)
e da espectroscopia por Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE).
9
Figura 4: Ciclo do Carbono (Fonte: Hawstuffworks, 2004).
Figura 5: Ilustração dos anéis de crescimento de uma árvore com o registro de alterações devido a variações ambientais (GONÇALVEZ, 2007).
10
No caso da datação por luminescência, quando uma amostra é aquecida (TL) ou
exposta à luz (LOE) esta irá emitir certa quantidade de luz que é proporcional à dose
absorvida pelos minerais, como o quartzo e feldspato, presentes na composição da amostra,
como resultado da sua exposição à radiação ambiental (AITKEN, 1970a).
O método de datação por TL foi desenvolvido por Martin Aitken, no início da década
de 1960, na tentativa de determinar a autenticidade de artefatos cerâmicos. Desde então, este
tipo de material, além de outros, como, por exemplo, pedras queimadas e sedimentos
queimados por fogueiras, tem sido datado por este método. O método de datação por LOE
surgiu anos mais tarde, quando Wintle e Huntley (1979) propuseram que os grãos de quartzo
e feldspato poderiam ser utilizados para determinar o tempo decorrido desde a última vez em
que estes foram expostos à luz solar, ou seja, o tempo de deposição (WINTLE, 2008b).
A datação por TL difere da datação por C-14 e arqueomagnetismo em vários aspectos.
Um destes se refere ao tipo de amostra. Enquanto que as datações por TL e
Arqueomagnetismo são aplicadas a amostras inorgânicas, a datação por C-14 é aplicada a
amostras orgânicas. Outro aspecto relevante, é que ao contrário das datações por C-14 e
Arqueomagnetismo, a datação por TL não requer informações adicionais, como por exemplo,
em relação à variação do elemento carbono na atmosfera (HEIDELBERG; AITKEN;
MEJDAHL 1983).
No caso da datação por espectroscopia RPE, são utilizados os centros paramagnéticos
estáveis criados devido à exposição da amostra à radiação ambiental, que são proporcionais a
dose de radiação que foi absorvida pela amostra ao longo do tempo. Estes centros nada mais
são do que as armadilhas e centros luminescentes que desempenham fundamental papel nos
métodos de datação luminescentes. A datação por espectroscopia RPE tem sido aplicada, por
exemplo, na datação de dentes e carbonatos, permitindo inferir idades na faixa entre 40.000 e
200.000 anos, que está além do período que pode ser datado pela técnica do Carbono-14
(IKEYA, 1993; RINK; HUNTER, 1997). Outra vantagem deste método de datação é que a
amostra pode ser medida mais de uma vez, visto que os centros paramagnéticos estáveis
presentes na amostra não são modificados, nem diminuídos, durante o processo de medida
(FURUSAWA; IKEYA, 1990).
Ainda existem métodos de datação baseados em reações químicas, como os da
racemização de aminoácidos, hidratação da obsidiana e reações químicas. Maiores detalhes
sobre os métodos químicos de datação podem ser encontrados em Ikeya (1993).
11
O importante é perceber que a escolha do método de datação depende da natureza da
amostra e do intervalo de tempo que se pretende determinar. Na Tabela 1, são resumidas as
principais características dos métodos de datação descritos neste Item.
Tabela 1: Informações sobre a natureza das amostras utilizadas e intervalo de tempo estimado para alguns métodos absolutos de datação (AITKEN, 1998; IKEYA, 1993).
Método de datação Natureza das amostrasIntervalo de tempo que atua
(em anos)
Arqueomagnetismo
Minerais Ex.: estalactites, estalagmites, cerâmicos, sedimentos queimados e não queimados,
larvas vulcânicas.
1.000 a 10.000 *
* Depende da região do planeta e da calibração das curvas de
referências disponíveis.
Radiocarbono (C-14) Materiais orgânicos
Ex.: ossos, dentes, corais, conchas, sementes, árvores.
0 a 50.000 (tradicional) 0 a 100.000 (com acelerador)
Dendrocronologia Troncos de árvores 0 a 13.000
Luminescência (TL e LOE)
Minerais Ex.: cerâmica, tijolos, porcelana, seixos,
sílex, lavas vulcânicas, sedimentos queimados e expostos ao sol.
10 a 1.000.000
Espectroscopia por Ressonância Paramagnética
Eletrônica (RPE)
Materiais orgânicos e minerais Ex.:ossos, dentes, conchas, corais,
seixos, calcita. 100 a 1.000.000
12
2.2. O método de datação por Termoluminescência
2.2.1. Princípio da Termoluminescência
O fenômeno da Termoluminescência (TL) é caracterizado pela emissão de luz visível
durante o aquecimento de um material, previamente irradiado. A luz emitida possui uma
banda de emissão característica do material e sua intensidade depende da dose de radiação
recebida (MCKEEVER, 1985). Este fenômeno pode ser explicado considerando-se a estrutura
de bandas de energia de um cristal. A Figura 6 mostra o esquema do processo
termoluminescente através do modelo de bandas de energia.
Figura 6: Esquema de representação do fenômeno da termoluminescência para: (a) processo de excitação devido à radiação ionizante, (b) equilíbrio metaestável, e (c) processo de estimulação ocasionado pelo
aquecimento.
Quando o cristal é exposto a algum tipo de radiação ionizante, os elétrons que se
encontram na banda de valência adquirem energia para migrarem para a banda de condução,
sendo esta etapa chamada de excitação. A ausência de um elétron da banda de valência irá
ocasionar a formação de uma lacuna. Tanto o elétron como a lacuna podem ser capturados por
uma armadilha (estado de energia metaestável), como esquematiza a Figura 6a (CHEN;
MCKEEVER, 1997; NAMBI, 1977). Caso o cristal não seja estimulado através de
aquecimento, os elétrons e lacunas armadilhados não receberão energia suficiente para serem
desarmadilhados e permanecerão no estado metaestável durante um tempo que varia de
poucos minutos a até milhões de anos (AITKEN, 1985).
aquecimento
LUZ
1
2
3
(a) (b) (c)
radiação
Ene
rgia
E2 E1
Banda de valência
Banda de condução elétron
lacuna
Quando energia térm
armadilhados adquirem en
banda de condução, poden
banda de valência (Figura
centro de recombinação,
(BØTTER-JENSEN; MCK
A luz emitida dura
conhecidos como leitoras t
aquecimento com controle
sistema de registro do si
apresentado na Figura 7.
Figura 7: Diagrama esquemá
A luz emitida pela
emitindo elétrons do fotoc
fotomultiplicadora, e são c
A Figura 8 mostra a variaç
da fotomultiplicadora em
chamada de “glow curve” o
mica é fornecida ao cristal, no processo de es
nergia suficiente para se desarmadilharem. E
ndo ser recapturados pelas armadilhas (Figu
6c [2]), ou então, vir a se recombinar com a
ocorrendo, neste momento, a emissão de
KEEVER, 1996).
ante o aquecimento do cristal é medida atra
ermoluminescentes, as quais são compostas
e da temperatura, um filtro óptico, uma fot
inal produzido (AITKEN, 1970b), conform
ático de um sistema de leitura TL (Adaptado de BØ
amostra, durante o seu aquecimento, incide
cátodo. Os elétrons produzidos são amplifica
oletados no anodo, contribuindo para a form
ção da intensidade TL, proporcional à corren
função da temperatura de aquecimento da
ou curva de emissão TL do material.
13
stimulação, os elétrons
Então, são excitados à
ura 6c [1]), retornar a
as lacunas no chamado
e luz (Figura 6c [3])
avés de equipamentos
por um sistema para o
tomultiplicadora e um
me ilustra o esquema
ØTTER-JENSEN, 1997).
na fotomultiplicadora
ados pelos dinodos da
mação do sinal elétrico.
nte produzida na saída
amostra. Esta curva é
14
Figura 8: Curvas de emissão TL para amostras de (a) quartzo natural brasileiro e (b) quartzo róseo natural ( Adaptado de DURRANI et al., 1977; DAVI; SUNTA, 1981)
A curva de emissão TL representa a luz emitida pelo cristal em função da temperatura
ou do tempo de aquecimento e, algumas vezes, consiste na sobreposição de vários picos TL,
como pode ser observado na Figura 8. Cada um destes picos está associado a uma
determinada armadilha de profundidade Ei (onde i representa o nível de energia), sendo
caracterizados pela temperatura onde ocorre o máximo de emissão TL. Uma vez que os picos
TL estão associados aos níveis metaestáveis que dependem dos defeitos presentes no material,
estes são característicos de cada material (MCKEEVER, 1985).
A formação de um pico TL está relacionada com a probabilidade de escape de
elétrons, ou lacunas, das suas respectivas armadilhas. Quando a temperatura de aquecimento
do material é menor do que a do pico considerado, poucos portadores de carga (elétrons ou
lacunas) são liberados e tem-se, portanto, uma emissão TL de baixa intensidade. Aumentando
a temperatura de aquecimento, a probabilidade de escape aumenta, causando o aumento da
emissão TL, sendo que esta é máxima na temperatura do pico. Em seguida, a intensidade
decresce refletindo a redução do número de portadores de carga armadilhados (BOS, 2007).
É importante ressaltar que a intensidade do sinal TL é proporcional ao número de
elétrons que são aprisionados nas armadilhas durante a irradiação.
Dentre os materiais presentes nas argilas, destaca-se o quartzo, que é um silicato com
propriedades luminescentes. A curva TL do quartzo, quando aquecido a uma taxa constante,
desde a temperatura ambiente até 500 °C exibe vários picos TL, como pode ser observado na
Figura 9. A superposição dos picos sugere uma estrutura de armadilhas muito complexa
(FLEMING, 1970).
15
A curva de emissão TL do quartzo, bem como a de outros materiais, ainda não é
totalmente entendida, devido ao fato de que a TL é fortemente influenciada pelas impurezas
presentes nos materiais, ou seja, depende da variedade do quartzo e do prévio tratamento
térmico ao qual a amostra foi submetida, como pode ser observados nas curvas de emissão TL
para o quartzo apresentadas na Figura 8 (WINTLE, 1997; 2008b).
Diversos estudos têm sugerido que os picos TL do quartzo ocorrem em diversas
temperaturas, sendo os mais observados nas temperaturas de 110, 170, 220, 325 e 375 °C
(PROKEIN; WAGNER, 1994; FURETTA, 2010). Os picos TL localizados acima de 200 °C,
como os de 325 e 375°C, por apresentarem maior estabilidade ao longo dos anos, têm sido os
mais utilizados na datação por TL (WINTLE, 1997; WINTLE, 2008b). Por exemplo, a
temperatura de 20 °C, os tempos de vida dos elétrons presos nas armadilhas correspondentes
aos picos TL até 200, entre 200 e 300 e acima de 400 °C são, respectivamente, alguns anos,
aproximadamente dez mil anos, e centenas de milhões de anos (WEIDA, 2009).
Figura 9: Principais picos termoluminescentes do quartzo (Adaptado de FURETTA, 2010) .
Outros materiais com propriedades luminescentes, em especial os feldspatos, podem
ser utilizados na datação por TL de materiais cerâmicos. Diferente do quartzo, que possui uma
composição primária única (SiO2), os feldspatos possuem várias composições, como por
exemplo a albita (NaSi3AlO8), e o microclínio (KSi3AlO8), o que acaba por gerar
propriedades luminescentes mais complexas que as do quartzo, que ainda estão sendo
estudadas (BITENCOURT et al. , 2006). Contudo, estudos têm apontado que os feldspatos
microclínio extraídos de sedimentos costumam exibir picos TL característicos em 280 °C e
330 °C , quando aquecido a uma taxa constante de 2 °C por segundo, desde a temperatura
ambiente até 500 °C, (BØTTER-JENSEN, 1997), como pode ser observado na Figura 10.
16
Contudo, a utilização do feldspato na datação de materiais cerâmicos possui algumas
limitações. Uma delas consiste no fato de que quase sempre as concentrações de feldspatos
presentes nas cerâmicas são bastante reduzidas, o que dificulta a utilização deste material para
a datação. Outra limitação é que este tipo de material pode apresentar desvanecimento do
sinal TL com o tempo, o que pode vir a dificultar a medida do sinal TL (WINTLE, 1997).
0 100 200 300 400 5000
20
40
60
80
Inte
nsid
ade
TL
(u.
a.)
Temperatura (°C)
Figura 10: Curva de emissão TL de sedimento rico em feldspato microclínio (Adaptado de BØTTER-JENSEN, 1997).
2.2.2. Princípio do método de datação por termoluminescência
Quando a argila foi queimada para a produção dos artefatos cerâmicos, a
luminescência presente nos cristais de quartzo foi apagada (zerada), eliminando, assim, a
energia (dose acumulada) nestes cristais até aquele momento. Este evento é considerado a
idade zero destes cristais, que posteriormente vão acumular energia devido a radiação
ambiental até o momento da sua coleta, para o estudo de datação, conforme mostra o esquema
na Figura 11.
Portanto, o processo de datação por TL requer que a amostra possua materiais que
permitam o acúmulo de energia devido à radiação ambiental e que o sinal luminescente
presente nestes materiais tenha sido apagado (zerado) em algum momento, servindo como
ponto inicial de contagem da idade (AITKEN, 1985; ARENAS, 1994; FEATHERS, 1997).
Logo, a idade de um material cerâmico refere-se ao período de tempo iniciado na
queima do molde de argila até a coleta do mesmo no sítio arqueológico.
17
Figura 11: Esquema do princípio da datação por luminescência de materiais cerâmicos.
Neste método de datação, dois parâmetros são fundamentais para a determinação da
idade: a dose acumulada (���) e taxa de dose anual (���� ) (IKEYA, 1993).
A ��� é a dose de radiação recebida pela amostra desde a idade zero até o momento da
coleta, devido à presença de elementos radioativos na amostra e no solo onde se depositou a
amostra e, em menores proporções, devido a radiação cósmica. A ���� é a taxa de dose do
local onde a amostra ficou soterrada até ser encontrada. A idade de uma amostra é obtida
dividindo-se ��� por ���� , conforme a Equação 1:
�������������������������������������� � � ���������������� ������������������� � ����������������������������������������������������
Descreveremos a seguir os métodos para estimativa da dose acumulada e da taxa de
dose anual.
2.2.3. Estimativa da dose acumulada
Os principais métodos para estimar a dose acumulada são: o método de doses aditivas
e o método de doses regenerativas (AITKEN, 1985; WINTLE, 1997).
Nestes métodos, a dose acumulada é estimada comparando o sinal TL natural da
amostra com o sinal TL de doses de valores conhecidos, que são fornecidas à amostra através
de irradiações laboratoriais. Estes métodos podem ser aplicados em múltiplas alíquotas, uma
única alíquota ou um único grão da amostra, sendo a forma mais usual a de múltiplas
alíquotas (WEIDA, 2009; WINTLE, 2008a).
18
2.2.3.1. Método de Doses Aditivas
No método de doses aditivas, utilizando múltiplas alíquotas, a amostra é dividida em
duas partes. Em uma destas é realizada a leitura TL referente à dose natural (Dn). A segunda
parte é dividida em alíquotas que são irradiadas com diferentes doses conhecidas de radiação
gama, assumindo, assim, que a sensibilidade da amostra durante as irradiações laboratoriais é
a mesma quando exposta à radiação ambiental (WINTLE, 1997). Em seguida, é traçada uma
curva de calibração que relaciona a intensidade do sinal TL em função da dose, como mostra
a Figura 12.
Figura 12: Esquema da curva de calibração da leitura TL versus dose para amostra de datação realizada pelo método de doses aditivas.
Após a determinação da função de ajuste dos pontos da curva, que normalmente são
funções do tipo linear ou exponencial, pode-se determinar o valor da dose acumulada através
da extrapolação da curva (linha tracejada na Figura 12) até o eixo horizontal, correspondente
ao valor de dose.
2.2.3.2. Método dedoses regenerativas
No método de doses regenerativas, igualmente ao método de doses aditivas, é
realizada a leitura TL referente à dose natural com uma parte da amostra. Porém, em seguida,
com o restante da amostra efetua-se um tratamento térmico para apagar todo o sinal TL
natural, conhecido como “annealing”, de modo a reproduzir a idade zero da amostra, e com
isso, a distribuição dos portadores de carga na amostra logo após a zeragem.
Dose (Gy)
Inte
nsid
ade
TL
(u.
a.)
TLnTLn+ TL1
Dac D1 D2 D3
TLn+ TL2
TLn+ TL3
19
O sinal TL de uma alíquota desta amostra zerada é medido para verificar a
intensidade luminescente de modo a garantir o total “zeramento” do sinal TL. Em seguida, o
restante da amostra zerada é dividido em alíquotas, que são irradiadas com diferentes valores
de doses de radiação gama, a fim de se obter a curva de calibração. A Figura 13 mostra o
esquema da curva de calibração.
A partir do valor da leitura TL natural (TLn) é traçada uma reta paralela ao eixo das
doses e, da intersecção desta com a curva de calibração traça-se uma reta perpendicular ao
eixo das doses, cuja intersecção com este eixo fornece a dose acumulada (Dac).
Figura 13: Esquema da curva de calibração da leitura TL versus dose para amostra de datação realizada pelo método de doses regenerativas.
As vantagens e desvantagens dos métodos de doses regenerativas e aditivas são
mostradas na Tabela 2.
Pode-se observar que para datações utilizando o quartzo, o método de doses
regenerativas é o mais indicado, uma vez que, através deste método a dose acumulada é
determinada por meio da interpolação do valor da intensidade TL da dose natural para a curva
de calibração, ao invés da extrapolação da região da curva de calibração que pode vir a
apresentar um comportamento supralinear na região de baixas doses, como é mostrado na
Figura 14, fornecendo, assim, um valor para a dose acumulada superestimado (AITKEN,
1998; WINTLE, 1997; SULLASI et al., 2008).
D0 D1 Dac D2 D3 Dose (Gy)
TL1
Inte
nsid
ade
TL
(u.
a.)
TLn
TL2
TL3
TL0Dac
Tabela 2: Vantagens e desvant
Método
Doses Aditivas
Doses Regenerativas
Figura 14: Possíveis composubline
tagens dos métodos de doses aditivas e doses regeneWINTLE, 1997).
Vantagens
Como nenhum processo de zeramento da amostra (annealing) é realizado no
laboratório antes das irradiações, não é observada nenhuma alteração na resposta
TL da amostra devido a uma possível sensibilização da mesma.
Erro aacumu
ponormapode a
não-lineforte
matem
Maior precisão na estimativa da dose acumulada, pois esta é obtida por meio de interpolação. Ou seja, a escolha da função
matemática utilizada para ajuste da curva de calibração e o seu formato não são críticos
neste caso.
Pode oamo
z
ortamentos de uma curvas de calibração: supralineearidade e saturação (Adaptado de AITKEN, 1985)
20
erativas (AITKEN, 1998;
Desvantagens
associado à estimativa da dose ulada, pois, esta é determinada r meio de extrapolação, e,
almente, a curva de calibração apresentar um comportamento ear. Além disso, apresenta uma e dependência com a função mática utilizada para ajustar a
curva de calibração.
ocorrer uma sensibilização da ostra devido ao processo de zeramento (“annealing").
earidade, linearidade, ).
21
2.2.3.3. Parâmetros que influenciam a estimativa da dose acumulada
Diversos fatores podem interferir na estimativa da dose acumulada, sendo o
decaimento do sinal TL o mais comum. Este decaimento pode ocorrer devido às influências
ambientais como temperatura e iluminação. Este fenômeno é chamado de “fading”. Sem
dúvida, a temperatura é o fator que mais afeta os picos TL localizados a baixa temperatura,
pois, os elétrons necessitam de pouca energia para serem desarmadilhados e produzir o sinal
TL (MCKEEVER, 1985).
Como se sabe, uma das características essenciais da curva de emissão TL é que esta
possui regiões estáveis, onde o efeito do fading é mínimo e que, portanto, podem ser
utilizadas para a datação. Normalmente, os picos TL localizados em temperaturas acima de
200 °C são utilizados para a datação, uma vez que sofrem menos influências de “fading”.
Por outro lado, quando se irradia a amostra no laboratório para se obter a curva de
calibração, picos TL em temperaturas inferiores a 200 °C são produzidos, sendo necessário
eliminar a influência destes picos na leitura TL, uma vez que estes não estão presentes na
leitura TL da amostra natural (AITKEN, 1985).
Para tanto, a fim de se reconhecer e confirmar a região estável da curva TL é realizado
um teste chamado teste de “plateau” ou teste do patamar, no qual a curva TL de uma amostra
natural é comparada com a curva TL da amostra irradiada com uma dose em laboratório, em
função da temperatura de aquecimento. A Figura 15 mostra a curva TL de uma amostra
natural (N) e a de uma alíquota natural com dose adicional, irradiada em laboratório com
radiação gama (N + γ). A linha tracejada corresponde à razão entre as duas leituras, também
chamada de curva do patamar ou do “plateau”. Observa-se pelos dados, que após a
temperatura de 300 °C a razão entre as duas curvas é aproximadamente constante, mostrando
que o efeito do fading é muito pequeno para os picos de altas temperaturas. Portanto, a região
da curva TL acima de 300 °C é a indicada para datação (CHEN; MCKEEVER, 1997).
O efeito do “fading” também pode ser minimizado através de um pré-aquecimento,
também conhecido como “preheat”, das alíquotas naturais e irradiadas que é realizado antes
das leituras TL.
A Figura 16 apresenta curvas TL que foram submetidas a diferentes temperaturas de
pré-aquecimento. Observa-se que quanto maior a temperatura de pré-aquecimento mais picos
TL instáveis são eliminados. A temperatura de pré-aquecimento ideal é aquela que consegue
eliminar os picos TL instáveis localizados antes da região estável da curva TL a ser utilizada
para datação, sendo depen
para este caso a temperatur
Figura 15: Variação da respirradiada com
Figura 16: Curvas de epré-aquecimento de um fragme
Bavaria,
ndente do tipo de amostra. Pela análise da F
a de pré-aquecimento ideal é de 170 °C.
posta TL versus temperatura e teste do patamar pam radiação gama (Adaptado de CHEN; MCKEEVE
emissão TL da amostra natural e irradiada com diento de Terrazo (tipo de mármore) coletado no moAlemanha (Adaptado de GÖKSU; SCHWENK, 20
22
Figura 16, nota-se que
ara uma dada amostra ER, 1997).
iferentes temperaturas de onastério de Tegernsee na 000).
2.2.4. Estimativa da taxa de d
Para a estimativa
radionuclídeos naturais, a s
no ambiente onde a amostra
Estes radionuclídeo
que interagem com o mate
radiação na formação da d
poder de penetração dos t
encontram, ou seja, se est
levados em consideração, c
1998; IKEYA, 1993). Os p
cerâmicos podem ser obser
Figura 17: Esquema ilustrandpor
O poder de penetra
ordem de 30 μm, enquant
penetração são da ordem
(AITKEN, 1998).
dose anual
da taxa de dose anual é necessário c
saber: urânio (U-238), tório (Th-232) e o potá
a estava quando foi coletada.
s, ao decaírem, emitem partículas alfa (α), be
erial, depositando nele energia. A contribuiçã
dose acumulada depende, principalmente, d
três tipos radiação, e da localidade em que
tão no solo ou no corpo da amostra. Estes
caso contrário, valores errados de idades ser
poderes de penetração das radiações alfa, beta
rvados na Figura 17.
do os poderes de penetração das partículas alfa, betum elemento radioativo, em materiais cerâmicos.
ação das partículas alfa em materiais cerâmic
to que no caso das partículas beta e raios
de 3 milímetros e entre 20 e 40 centíme
23
conhecer o teor dos
ássio (K-40), presentes
eta (β) e raios gama (γ)
ão destes três tipos de
o tipo de amostra, do
e os radionuclídeos se
s fatores precisam ser
rão obtidos (AITKEN,
a e gama em materiais
ta e raios gama, emitidas
cos e sedimentos é da
gama, os poderes de
etros, respectivamente
Nos materiais cerâm
devido à presença de mat
proveniente da radiação a
radiação cósmica. Desta
cerâmicos da seguinte form
������������������������������������
Como o poder de p
cerâmica, é normalmente
provenientes dos radionuc
considerada desprezível. D
beta. Por outro lado, os raio
e a radiação cósmica serão
não conseguem penetrar n
superfície do cerâmico e
esquematiza a Figura 18 (A
Figura 18: Fontes de radiação
Por interagir com o
ser considerada no cálculo
micos, a taxa de dose corresponde à soma
teriais radioativos na própria cerâmica, e d
ambiental, ou seja, dos materiais radioativo
forma, a equação da idade pode ser ree
ma:
� � ���������������� ������������������ �� ����
�� � �
penetração dos raios gama (0,2 – 0,4 m), ta
superior a espessura da cerâmica, a contrib
clídeos presentes no corpo da cerâmica é m
Desta forma, a dose interna será apenas devid
os gama provenientes dos materiais radioativo
o os únicos responsáveis pela dose externa, p
no corpo cerâmico, enquanto que removend
elimina-se a contribuição das partículas
AITKEN, 1985; IKEYA, 1993; WEIDA, 2009
o responsáveis pela dose acumulada nas amostras cAITKEN, 1970b).
os cristais presentes no corpo da amostra, a r
da taxa de dose anual (AJAYI, 2002; PRES
24
da dose interna (DI),
da dose externa (DE),
s presentes no solo e
escrita para materiais
��������������������������������2
anto no solo como na
buição dos raios gama
muito pequena, sendo
do às partículas alfa e
os encontrados no solo
pois, as partículas alfa
do cerca de 2 mm da
beta do solo, como
9).
cerâmicas (Adaptado de
radiação cósmica deve
COTT; CLAY, 2000).
Este tipo de radiação ion
necessário para seu cálculo
amostra foi coletada. O c
Equação 3, onde: ���� é a t
que variam com a latitud
através da Figura 19 (PRES
������������������������������������������������
Algumas medidas e
através de dosimetrias in
próximo ao Rio Paraná, e e
al. 2007). O valor médio e
estudos foi de 0,21 mGy/a
mGy/ano. Como resultad
teoricamente o valor da do
utiliza-se um valor entre 0,2
Figura 19: Variação das con
Contudo, a depende
da radiação alfa no corpo
radiação é pequeno, em grã
sua energia apenas na super
nizante é influenciado pelo campo magn
o teórico o conhecimento da localização e p
cálculo teórico da radiação cósmica (Dc) é
taxa de dose anual do local, h é a altitude, e F
de geomagnética do local de medida, pode
SCOTT; STEPHAN, 1982; SALLUN et al. 20
���������������" � ��� #$ � % ��p '()*+�����������������
experimentais da radiação cósmica já foram
situ para datação de sedimentos, em Pres
em São Raimundo Nonato (PI), próximo ao R
experimental para as radiações cósmicas enc
ano, valor próximo do determinado teoricam
do direto destes estudos, quando não é
ose devido à radiação cósmica, para amostra
2 e 0,3 mGy/ ano (TATUMI et al., 2003).
nstantes F, J e H com a latitude geomagnética (AdaSTEPHAN, 1982 ).
er do tamanho do grão utilizado para datação,
da cerâmica será diferente. Como o pode
ãos com diâmetro da ordem de 100 μm as par
rfície dos mesmos. Realizando um tratamen
25
ético terrestre, sendo
profundidade em que a
é realizado segundo a
F, J e H são constantes
endo ser determinadas
007).
����������������������������������3
m realizadas no Brasil
sidente Epitácio (SP),
Rio Piauí (SALLUN et.
contrado em ambos os
mente, que foi de 0,25
possível determinar
as coletadas no Brasil
ptado de PRESCOTT;
a importância relativa
er de penetração desta
rtículas alfa depositam
nto químico na amostra
com ácido fluorídrico (HF
ácido ataca a superfície do
Assim, as fontes e
cerâmicos utilizando grãos
resumidos conforme esque
menos, a contribuição das p
penetrar nos grãos (AITKE
Figura 20: As fontes e os compdiâmetro m
Portanto, no caso d
reescrita segundo as Equaçõ
Grãos finos:
����� � � ����������������
Grãos grossos:
����� � � ���������������� 2 Nota de segurança: O ácido flunormas administrativas relativasD LOG, de 19 de julho de 2006,
F) 2, a contribuição das partículas alfa pode
grão onde as partículas alfa atuam depositand
os componentes responsáveis pela dose acu
grossos (grãos com diâmetro médio superior
ema da Figura 20. Em grãos com diâmetro d
partículas alfa precisa ser considerada, pois, a
EN, 1985; 1998).
ponentes da dose acumulada em cerâmica para datamédio superior a 100 μm (Adaptado de WEIDA, 2
de se utilizar grãos finos, ou grãos grossos,
ões 4 e 5, respectivamente.
�������� ����������� �� �
����� � � �
�-k/�/ � k0�
�������� ����������� �� �
����� � � �
����k0�0 � ��1
uorídrico é altamente tóxico e corrosivo e pode causar às atividades com este tipo de ácido podem ser encodo Ministério da Defesa do Exército Brasileiro.
26
ser eliminada, pois, o
do sua energia.
umulada em materiais
r a 100 μm) podem ser
da ordem de 10 μm ou
as mesmas conseguem
ação utilizando grãos com 008).
a Equação 2 pode ser
���02 � ��1 � �� ����4
1 � �� ��������������������5
r graves riscos à saúde. As ntradas na Portaria Nº 13 -
27
Onde, Dβ, Dα, Dγ, e Dc são as doses devido à radiação alfa, beta, gama e cósmica,
respectivamente; k0 e k/ são fatores de correção para a atenuação da radiação beta e gama na
amostra, respectivamente. O fator k0 está relacionado com o diâmetro dos grãos, o tipo de
material, e as condições de tratamento químico. Por exemplo, k0 é igual a 0,90 para grãos de
quartzo com diâmetro médio de 100 μm tratados com HF (BELL, 1980; MEJDAHL, 1979).
Existem várias técnicas para determinar os teores de U-238, Th-232 e K-40 e assim,
poder estimar a taxa de dose anual. As técnicas mais utilizadas são a espectrometria gama
utilizando-se sistemas de detecção com base em detectores de germânio hiperpuro (GeHP) ou
iodeto de sódio (NaI) (HOSSAIN et al., 2002), e a análise por ativação de nêutrons
(ADAMIEC; AITKEN, 1998).
A dose externa também pode ser determinada através do uso de dosímetros
termoluminescentes (TLD) que são posicionados no local onde a amostra foi coletada e ali
deixados por períodos que variam de três a doze meses (IKEYA, 1993; BAFFA et al, 2000).
Cintiladores de radiação gama portáteis também são utilizados, obtendo-se, assim, uma
medição rápida da dose externa (HUTTON; PRESCOTT, 1992; PRESCOTT; CLAY, 2000).
Como na maioria das vezes a quantidade de material cerâmico é pequena, para
determinar os teores de U-238, Th-232 e K-40 presentes no corpo da cerâmica, se faz
necessário a utilização de técnicas que requerem pequenas quantidades da amostra para esta
finalidade, como é o caso, por exemplo, da técnica de análise por ativação de nêutrons e da
técnica da espectrometria de massa com plasma indiretamente acoplado (ICP-MS) (SANTOS,
2007). No caso em que uma massa de cerca de 30 mg do material cerâmico possa ser
utilizada para determinar as concentrações dos radionuclideos, a técnica da espectrometria
gama também pode ser aplicada para a determinação da dose interna.
Os valores das taxas de dose anual, para as radiações alfa, beta e gama, provenientes
do U-238 e Th-232, para a concentração igual a 1 ppm3, e do K-40, para a concentração de 1
por cento (%), já são conhecidos e tabelados, conforme apresenta a Tabela 3. Na
determinação destes valores, é preciso levar em consideração o efeito do gás radônio, (Rn-222
e Rn-220) presente no solo, pois este influi na taxa de dose anual. Amostras subsuperficiais,
ou profundas, normalmente recebem a contribuição do gás radônio, o que não acontece para
amostras superficiais.
3 ppm - Partes por milhão (ppm = mg/kg = μg/mL = mg/litro), é a medida de concentração que se utiliza quando as soluções são muito diluídas.
28
Tabela 3: Valores padrões de taxa de dose anual (AITKEN, 1985; IKEYA, 1993).
Elemento
COM a contribuição do Rn-222 e Rn-220 SEM a contribuição do Rn-222 e Rn-220
Alfa (mGy/a) Beta (mGy/a) Gama (mGy/a) Alfa (mGy/a) Beta (mGy/a) Gama (mGy/a)
Th-232 (1 ppm)
0,7371 0,02762 0,05092 0,3091 0,01019 0,01935
U-238 (1ppm)
2,6916 0,14273 0,10207 1,1528 0,05739 0,00248
K-40 (1 %)
- 0,67805 0,20287 - 0,67805 0,20287
Os valores para a taxa de dose anual apresentados na Tabela 3 são obtidos levando-se
em consideração as energias das radiações emitidas nas séries de decaimento radioativos dos
radioisótopos, segundo a Equação 6, onde: λi é a taxa de decaimento do i-ésimo elemento, Ni é
o número de átomos e Ei é a energia da radiação (IKEYA, 1993), ou seja:
������������������������������������������������ � �5678�9��7:;< ��=�>?@?A? ��������������������������������������������6
Através das técnicas citadas, as concentrações dos radionuclídeos são obtidas em
função da atividade (Bq) 4 pela massa (g), sendo, portanto, necessário para a estimativa da
taxa de dose anual através da Tabela 3, transformar as concentrações de Bq/g para ppm, no
caso do U-238 e Th-232, e para %, no caso do K- 40.
Esta conversão é realizada segundo a Equação 7 (ADAMIEC; AITKEN, 1998), onde:
Ci é a concentração em unidade de Bq/g; M é o valor da massa atômica (MU-238 = 238,03
uma5; MTh-232 = 238,04 uma; MK-40 = 39,10 uma); λ é a constante de decaimento, que para o
U-238, Th-232 e K-40 vale, respectivamente, 4,92 x 10-18 s-1, 1,56 x 10-18 s-1 e 1,74 x 10-78 s-1;
N é o número de Avogadro que vale 6,023 x 1023 átomos/mol; e fa é fração de abundância
atômica, que para o U-238, Th-232 e K-40 vale, respectivamente, 99,27 %, 100% e 0,0118%.
�������������������������������������������������B��CCD �B? �'EDFG
H * IJKI@I LM I �7N��������������������������������������������������������O
4 Bq: Becquerel (símbolo Bq) é unidade de atividade no Sistema Internacional (SI). Bq = 1 decaimento/ segundo, sendo consequentemente equivalente a s-1. 5 uma: unidade de massa atômica.
29
Uma vez realizada a conversão através da Equação 7, a contribuição de cada
radionuclídeo para a taxa de dose anual é obtida multiplicando-se a concentração média do
elemento pelos fatores padrões para as radiações alfa, beta e gama, apresentados na Tabela 3.
Por fim, a taxa de dose anual, em mGy/ano, é obtida somando-se os valores encontrados para
os radionuclídeos acrescido do valor da radiação cósmica.
2.3. Datação de materiais cerâmicos por Termoluminescência
2.3.1. Técnicas para datação por Termoluminescência de cerâmicas
Como mencionado anteriormente, a datação por TL baseia-se na medida da dose
acumulada pelos materiais cristalinos, como argilo-minerais, quartzo e feldspatos, presentes
nas amostras. No caso de amostras cerâmicas, estes materiais cristalinos, possuidores da
propriedade TL, estão presentes na matéria-prima que foi utilizada em sua produção.
A matéria-prima utilizada na produção da cerâmica é formada a partir da mistura de
argilas com água, sendo às vezes adicionados materiais orgânicos ou inorgânicos, chamados
de antiplásticos, de modo a permitir que o material, ou pasta cerâmica, seja moldado de várias
formas. Acredita-se que estas matérias-primas eram obtidas de depósitos próximos (até 1 km)
do local onde os ceramistas pré-históricos as confeccionavam (GIBSON;WOODS, 1990).
As argilas são constituídas essencialmente por partículas cristalinas de argilominerais,
que são compostos por silicatos hidratados de alumínio e ferro, contendo ainda inclusões de
outros materiais e minerais, tais como quartzo, feldspato, pirita, mica, calcita e dolomita
(SANTOS P. S., 1989).
Como visto no Item 2.2.4., a depender do tamanho dos grãos utilizados na datação, a
importância relativa das radiações alfa, beta e gama serão diferentes, o que influencia a
escolha da técnica mais apropriada para determinar a idade (AITKEN, 1985). Como o
material para datação pode ser utilizado tanto na forma de grãos finos (abaixo de 11 μm de
diâmetro), como na de grãos grossos (acima de 25 μm de diâmetro), foram desenvolvidas
duas técnicas para datar materiais cerâmicos: a dos grãos grossos (coarse grains), também
conhecida como a da inclusão do quartzo, e a dos grãos finos (fine grains) (WINTLE, 1997).
30
2.3.1.1. Técnica da Inclusão do Quartzo (Grãos Grossos)
Esta técnica, desenvolvida por Fleming (1970), consiste na utilização de grãos de
quartzo (diâmetro superior a 25 μm) cujas superfícies foram tratadas através de um ataque
químico com ácidos fluorídrico (HF) e clorídrico (HCl), proporcionando duas grandes
vantagens para o cálculo da idade.
A primeira vantagem é a possibilidade de se poder eliminar a contribuição da radiação
alfa, simplificando o cálculo da idade. Pois, como visto no Item 2.2.4, o poder de penetração
da radiação alfa proveniente de radionuclídeos presentes no corpo cerâmico é muito pequeno,
da ordem de 0,03 mm, ficando localizado nas camadas superficiais dos grãos. Além disso, a
camada superficial das cerâmicas sempre irá conter as impurezas que aderiram à peça
enquanto esta estava enterrada e, normalmente, é exposta por pouco tempo à luz durante o
procedimento de coleta. A segunda vantagem é a eliminação principalmente de cristais de
feldspatos presentes na amostra cerâmica, que possam vir a causar o decaimento do sinal TL
(“fading” anômalo), obtendo valores de idade subestimados (AITKEN, 1985).
A preparação da amostra segundo a técnica de inclusão do quartzo consiste
basicamente em lixar a cerâmica para remover a camada superficial, seguida de um
peneiramento para obtenção de grãos com diâmetros entre 75 e 150 μm, potencializando o
ataque químico. Este consiste em lixiviar a amostra com ácidos fluorídrico (HF) e clorídrico
(HCl) por um período de 45 minutos. Em seguida, a amostra é seca e novamente peneirada
para a obtenção de uma granulometria uniforme, contendo grãos com diâmetros entre 75 e
150 μm, garantindo, assim, uma maior uniformidade na resposta TL (FLEMING, 1970;
AITKEN 1985).
Após o tratamento químico, seguindo os procedimentos descritos acima, uma amostra
contendo predominantemente grãos de quartzo é obtida, o que proporcionará um sinal TL
mais intenso (WEIDA, 2009). A quantidade de amostra necessária para cada leitura depende
da leitora TL utilizada. Esta pode variar de 3 mg a 20 mg. A quantidade total de amostra
necessária dependerá do pesquisador, pois, a depender da quantidade de repetições que deseja
fazer para a mesma leitura TL, visando obter um valor médio e desvio padrão, esta quantidade
irá variar. Estas alíquotas devem ser colocadas em um pequeno disco de metal, onde os grãos
são distribuídos uniformemente, e levados para a placa de aquecimento da leitora TL. Isto irá,
além de facilitar o manuseio da amostra, permitir o aquecimento homogêneo da mesma
(AITKEN, 1970b).
31
2.3.1.2. Técnica dos Grãos Finos
A técnica de grãos finos, desenvolvida por Zimmerman (1971), pode ser aplicada
quando os grãos utilizados são pequenos de modo que a radiação alfa possa penetrar por
completo em seu interior. Para tanto, é essencial que os grãos possuam diâmetro médio menor
que 30 μm e que esta granulometria não seja obtida por meio de moagem e peneiramento
(ZIMMERMAN, 1971).
A preparação da amostra segundo a técnica dos grãos-finos consiste em espremer a
amostra em um grampo metálico de pressão. Lavando o produto desta operação com acetona,
uma suspensão de grãos finos é obtida. Um banho de ultrasson é utilizado para evitar a
coagulação dos grãos. Igualmente como na técnica de inclusão de quartzo, a quantidade de
amostra a ser obtida é de aproximadamente 50–100 mg, e todas as alíquotas devem conter
cerca de 10 mg, que devem ser depositadas em um pequeno disco de metal (ZIMMERMAN;
HUXTABLE, 1971).
Esta técnica é empregada principalmente em amostras onde os grãos de quartzo não
são observados, ou estão em pequenas quantidades. A principal vantagem desta técnica é que
a contribuição da radiação gama proveniente do ambiente é bastante reduzida. Contudo,
como a amostra obtida também pode possuir grãos de feldspatos, que podem ocasionar o
decaimento anômalo do sinal TL (fenômeno este característico dos feldspatos) algumas
dificuldades podem ser encontradas na obtenção da resposta TL. Além disso, outra
dificuldade associada a esta técnica consiste na determinação da contribuição da radiação alfa
proveniente do corpo cerâmico, que precisa ser considerada quando são utilizados grãos nesta
granulometria (ZIMMERMAN, 1971; AITKEN, 1985; WEIDA, 2009).
2.3.2. Algumas datações de cerâmicas por Termoluminescência
Um dos primeiros trabalhos de aplicação da TL na datação de materiais cerâmicos foi
realizado por Mazess e Zimmerman (1966). Neste trabalho foram datados diversos
fragmentos cerâmicos provenientes do Peru. As idades encontradas variavam entre 400 e
3000 anos. Este trabalho sinalizou o grande potencial da TL para datar este tipo de material
(MAZESS; ZIMMERMAN, 1966).
No início da década de 1970, Fleming (1970) desenvolveu e testou a técnica da
Inclusão do Quartzo em 22 fragmentos cerâmicos provenientes de vários sítios arqueológicos
32
da Inglaterra. Como resultado, verificou que as idades obtidas, entre 1635 e 1900 anos,
coincidiam com idades encontradas através de outros métodos de datação (FLEMING, 1970).
Logo em seguida, Zimmerman e Huxtable (1971) dataram peças de barro queimado, da
República Checa, através de outra técnica, a de grãos finos, que havia sido desenvolvida pelos
mesmos autores. As idades encontradas para as três peças foram de aproximadamente 33000
mil anos. A datação destas peças representou um marco para a arqueologia, pois se conseguiu
datar artefatos de uma época crucial em termos da evolução humana: o período Paleolítico
(ZIMMERMAN; HUXTABLE, 1971).
Em 1973, uma cerâmica japonesa conhecida como Ryusenmon, produzida nos
primeiros períodos da era Jomon foi alvo de muitos debates entre os arqueólogos. O motivo
foi a idade estimada para a peça através da datação por C-14: 12700 ± 500 anos, que não
coincidia com o périodo de 4500 a 12000 anos, estipulado para a era Jomon. Fleming e
Stoneham (1973) dataram por TL a cerâmica Ryusenmon, obtendo uma idade de 13970 ±
1850 anos, mostrando com isso, que a cerâmica era realmente mais antiga do que se
imaginava. Outros vestígios encontrados no local e nas proximidades onde a cerâmica
Ryusenmon foi encontrada foram datados por TL (ICHIKAWA; NAGATOMO, 1978), tendo
para estes sido encontrada uma idade média de 11840 ± 740 anos. Como consequência destas
datações, foram revisadas as idades correspondentes ao período de duração da era Jomon
(HEIDELBERG; AITKEN; MEJDAHL, 1983).
Em 1980, Wagner, datou um forno de oleiro, encontrado numa escavação em Lübeck,
Alemanha, a partir de fragmentos cerâmicos de barro queimado encontrados no interior do
forno. As idades encontradas variaram de 1142 a 1321 anos (WAGNER, 1980). Em 1983,
Wagner, juntamente com Weiner, dataram vários cerâmicos encontrados a vários níveis de
profundidade, numa fortaleza localizada na Anatólia, Turquia, conhecida como EBA
Demirchüyük. Este local, de grande importância para entender a ligação entre as cronologias
pré-históricas do Egeu e sudeste europeu, com as da Mesopotâmia e Egito. As idades
encontradas variaram de 1980 a 3075 anos AC estando bastante próximas das encontradas
através de datações com C-14 e arqueomagnetismo nas mesmas amostras. Como resultado, as
datações indicaram que o começo da idade do bronze no Noroeste da Anatolia ocorreu a cerca
de 3000 anos AC (WAGNER; WEINER,1983).
Fragmentos cerâmicos provenientes de tumbas egípcias também foram datados por
TL. Por exemplo, os fragmentos de uma tumba localizada em Nazlet El Samman tiveram uma
idade média de 4301 ± 100 anos estimada por TL (ABDEL-WAHAB et al., 1996).
33
Fragmentos cerâmicos provenientes do sítio arqueológico Calixtlahuaca, no México,
foram datados por TL para avaliar o potencial do método em determinar a idade de cerâmicas
da cultura Matlazinca, cultura esta que surgiu antes da chegada dos espanhóis no México. As
idades de 1520 ± 90 e 870 ± 80 anos estavam dentro do esperado para a cronologia
estabelecida para este povo (GONZÁLEZ et al., 1999).
Cerca de 100 cerâmicas coletadas em vários sítios pré-históricos e históricos no
sudoeste dos Estados Unidos foram datadas por TL entre 1994 e 1999 na Universidade de
Washington. Foram encontradas idades que variam desde 1360 a 1840 anos. Estas datações
permitiram uma melhor compreensão da dinâmica e desenvolvimento tecnológico dos povos
ceramistas da região (FEATHERS, 2000).
Cerâmicas da Romênia, coletadas nos sítios arqueológicos de Alba-Iulia e Zau de
Campie, foram datadas por TL para verificar a hipótese de que haviam sido confeccionadas
pela cultura Petresti, que viveram a cerca de 3000-4000 anos AC. As idades encontradas, de
1849 a 5850 anos AC, permitiram aos arqueólogos confirmarem que as cerâmicas pertenciam
a esta cultura (COSMA et al., 2006). Ainda na Romênia, artefatos cerâmicos de um sítio
arqueológico considerado do neolítico, localizado em Nouă, foram datadas por TL. As idades
encontradas permitiram determinar uma idade média de 6000 anos para o local. Idade esta,
que estava dentro das expectativas dos arqueólogos que estudam os sítios da região,
permitindo confirmar as hipóteses estabelecidas por eles no local (BENEA et al., 2007).
No Marrocos, no Sítio Thamusida, cerâmicas de várias origens, como romanas e
islâmicas, também foram datadas por TL. O objetivo deste trabalho foi estabelecer os marcos
temporais para as fases romana e islâmica no local, de tal forma que permitissem confirmar a
origem cultural de alguns artefatos encontrados neste local. As cerâmicas romanas forneceram
idades entre 45 e 180 anos DC, e as islâmicas idades entre 720 e 1850 anos DC, permitindo,
desta forma, estabelecer nesta área os períodos distintos de ocupação (GLIOZZO et al., 2009).
No Brasil, as primeiras datações por TL foram realizadas no Instituto de Física da
USP, por Szmuk e Watanabe, em 1971, quando dataram vasos cerâmicos, urnas funerárias e
terras queimadas (sedimento) por fogueiras encontradas no interior de São Paulo. Em
sequência, diversos trabalhos, em vários sítios arqueológicos pelo Brasil foram realizados
(SANTOS, 2007).
Várias cerâmicas da região do Canindé de São Francisco (SE) foram datadas por TL.
As idades encontradas, que variam de 457 a 3716 anos AP, corroboraram com as obtidas
34
através de datações por C-14 na região, que indicam uma ocupação no local de 400 a 9000
anos AP (SANTOS et al. , 2005; SOUZA et. al, 2006).
Em 2006, três cerâmicas, uma proveniente de um sítio arqueológico localizado na
vizinhança de Presidente Prudente (SP) e duas do sítio arqueológico localizado na região de
Tubarão (SC) foram analisadas por TL visando a realização de uma intercomparação entre os
laboratórios brasileiros da Faculdade de Tecnologia de São Paulo (FATEC-SP) e do Instituto
de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP), atestando, assim a confiabilidade do método
nestes laboratórios. Os resultados obtidos para a dose acumulada apresentaram boa coerência
dentro das incertezas experimentais e forneceram idades bem próximas nos dois laboratórios.
Por exemplo, para a cerâmica de Presidente Prudente, foram determinadas doses acumuladas
de 440 ± 25 Gy na FATEC-SP e 430 ± 20 Gy no IFUSP, e para uma das cerâmicas de
Tubarão a dose acumulada na FATEC-SP e no IFUSP foram de 1,24 ± 0,08 Gy e 1,24 ± 0,12,
respectivamente (WATANABE et al., 2006).
Também foram datados fragmentos cerâmicos do Sítio Hatahara, próximo à cidade de
Manaus, no estado do Amazonas, no intuito de caracterizar as fases de ocupação do sítio. As
idades obtidas foram: 419 ± 106 anos, 601 ± 150 anos e 1122 ± 201 anos. A técnica utilizada
foi a de inclusão do quartzo e as curvas de calibração foram construídas através dos métodos
de doses aditivas e de doses regenerativas (NUNES, 2009).
Dois fragmentos cerâmicos provenientes do estado da Bahia, um de Lagoa Queimada,
e outro de Barra dos Negros, foram datados através da técnica de inclusão do quartzo, a fim
de relacionar estes fragmentos com as tradições ceramistas Aratu e Tupi-Guarani. A dose
acumulada (���) foi determinada através do método de doses aditivas e a taxa de dose anual
(�� ��) por espectrometria ICP-MS. As idades encontradas foram de aproximadamente 709
anos para a cerâmica do Sítio Lagoa Queimada e de 1375 anos para a do Sítio Barra dos
Negros. A partir destas idades, foi possível relacionar a cerâmica do Sítio Lagoa queimada
com a tradição Tupi-Guarani e a do Sítio Barra dos Negros com a tradição Aratu (FARIAS et
al., 2009). Informações sobre estas e outras datações de cerâmica provenientes de sítios
arqueológicos do Nordeste do Brasil são mostradas na Tabela 4.
Datações e testes de autenticidade de cerâmicas provenientes de outros países também
já foram realizados no Brasil. Em 2004, foi realizado um teste de autenticidade em duas peças
cerâmicas provenientes do Peru, denominadas Jaguar e Ídolo, pelo colecionador de arte que as
havia adquirido.
35
Tabela 4: Informações sobre algumas datações por TL de cerâmicas realizadas em sítios arqueológicos do Nordeste brasileiro.
Sítio Arqueológico
Localização Idade encontrada
(anos AP)
Método de datação
comparativo/ Idade (anos AP)
Referência
Barra dos
Negros
Chapada Diamantina
(BA) 709 ± 26 - Farias et.al., 2009.
Cana Brava São Raimundo Nonato
(PI) 1950 ± 150 C-14/240 a 5000 Mützenberg, 2010.
Curituba Canindé de São Francisco
(SE)
1640 ± 140 C-14/ 9000 Santos et. al., 2005.
1588 ± 140 C-14/ 9000 Santos, 2007.
Justino Canindé de São Francisco
(SE)
3716 ± 398 C-14/ 9000 Santos et. al., 2005.
2191 ± 276 C-14/ 9000 Santos, 2007.
5500 ± 980
4310 ± 800
2700 ± 620
2010 ± 430
C-14/4790 ± 800
C-14/3300
C-14/2650 ± 160
C-14/2530 ± 170
Souza et. al., 2006.
Lagoa
Queimada
Vale do Jequiriçá
(BA) 1375 ± 168 - Farias et.al., 2009.
Porto Belo Canindé de São Francisco
(SE)
342 ± 51
537 ± 85
2003 ± 195
C-14/ 9000 Santos, 2007.
Saco da Onça Canindé de São Francisco
(SE)
1021 ± 190 C-14/ 9000 Santos et. al., 2005.
1491 ± 210 C-14/ 9000 Santos, 2007.
São José Canindé de São Francisco
(SE)
457 ± 35 C-14/ 9000 Santos et. al., 2005.
1065 ± 164 C-14/ 9000 Santos, 2007.
2340 ± 290 C-14/1300 Souza et. al., 2006.
Vitória Régia Canindé de São Francisco
(SE) 2240 ± 389 C-14/ 9000 Santos, 2007.
36
No caso do teste de autenticidade, a intensidade TL da cerâmica indica se a mesma é
legítima, pois, quando a cerâmica é falsa a intensidade TL é praticamente nula. Para este teste,
alguns miligramas das peças foram removidos para verificar a intensidade do sinal TL, uma
vez que as peças não podiam ser destruídas para a realização completa da datação. Baseada
nas informações sobre as culturas que haviam confeccionado as peças cerâmicas, pôde-se
chegar a conclusão de que as amostras eram autênticas (SANTOS C. F. et. al., 2004).
Algumas cerâmicas provenientes de Arequipa, Peru, foram datadas no IFUSP em 2009.
As idades encontradas, que variaram de 867 ± 195 e 1050 ± 157 anos AC, auxiliaram os
arqueólogos peruanos a classificar as cerâmicas como sendo da cultura Wari, que habitou a
região entre 800 e 1200 anos AC (CANO, et. al., 2009).
Portanto, através desta breve revisão de datações realizadas por meio da TL em
diversos locais, fica evidente a importância deste tipo de datação, pois, além de definir marcos
temporal para os locais onde as amostras foram coletadas, também possibilita elucidar
dúvidas a respeito da autenticidade e procedência dos artefatos arqueológicos.
37
3. METODOLOGIA
3.1. Coleta das amostras
As amostras utilizadas neste estudo foram coletadas no Sítio Aldeia do Carlos,
localizado no Município de São Raimundo Nonato, Piauí, dentro do Parque Nacional Serra da
Capivara. As coletas foram realizadas em duas áreas já pesquisadas no Sítio, que foram
denominadas de B e D (FUMDHAM, 2006). Estas estão mostradas na Figura 21.
Na Área B, os vestígios cerâmicos foram coletados na área tracejada da Figura 21 que
foi chamada de B1. Esta, corresponde a uma ampliação de 20 cm x 2 m de um dos perfis já
escavados nesta área. Foram realizadas cinco decapagens até uma profundidade de 40 cm. Em
cada decapagem foram removidos cerca de 5 e 10 cm de sedimento, e foram coletados 3
fragmentos cerâmicos nas profundidades descritas na Tabela 5.
Na Área D, a presença de muitos fragmentos cerâmicos de superfície ao seu redor
serviu de estímulo para a abertura de uma área adicional de 1 x 1 m em um de seus perfis para
a coleta de amostras cerâmicas. Esta nova área foi denominada de D1 (área tracejada na
Figura 21). Na Área D1, também foram realizadas cinco decapagens até uma profundidade de
30 cm. Cada decapagem removeu entre 2 e 10 cm de sedimento. Nesta área foram coletados
17 fragmentos cerâmicos nas profundidades descritas na Tabela 6.
Tabela 5: Identificação das amostras de cerâmicas coletadas e profundidade de coleta na Área B1.
Amostra Identificação Profundidade (cm)
1 179701- parte a 5
2 179701- parte b
3 179703 11
Ao todo, foram coletados 20 fragmentos cerâmicos, em vários níveis de profundidade,
permitindo obter informações sobre uma possível relação entre as idades das cerâmicas e a
profundidade de coleta.