Datação por radiocarbono -Radiocarbon dating

A datação por radiocarbono (também conhecida como datação por carbono ou datação por carbono-14 ) é um método para determinar a idade de um objeto contendo material orgânico usando as propriedades do radiocarbono , um isótopo radioativo do carbono .

O método foi desenvolvido no final da década de 1940 na Universidade de Chicago por Willard Libby . Baseia-se no fato de que o radiocarbono (14
C
) está sendo constantemente criado na atmosfera da Terra pela interação dos raios cósmicos com o nitrogênio atmosférico . O resultado14
C
combina-se com o oxigênio atmosférico para formar dióxido de carbono radioativo , que é incorporado às plantas pela fotossíntese ; os animais então adquirem14
C
comendo as plantas. Quando o animal ou planta morre, ele para de trocar carbono com seu ambiente e, a partir daí, a quantidade de carbono14
C
que ele contém começa a diminuir à medida que o14
C
sofre decaimento radioativo . Medindo a quantidade de14
C
em uma amostra de uma planta ou animal morto, como um pedaço de madeira ou um fragmento de osso, fornece informações que podem ser usadas para calcular quando o animal ou planta morreu. Quanto mais velha for uma amostra, menos14
C
deve ser detectado, e porque a meia-vida de14
C
(o período de tempo após o qual metade de uma determinada amostra terá decaído) é de cerca de 5.730 anos, as datas mais antigas que podem ser medidas com segurança por esse processo datam de aproximadamente 50.000 anos atrás, embora métodos especiais de preparação ocasionalmente façam análises precisas de amostras mais antigas. amostras possíveis. Libby recebeu o Prêmio Nobel de Química por seu trabalho em 1960.

Pesquisas estão em andamento desde a década de 1960 para determinar qual a proporção de14
C
na atmosfera tem sido nos últimos cinquenta mil anos. Os dados resultantes, na forma de uma curva de calibração, agora são usados ​​para converter uma determinada medição de radiocarbono em uma amostra em uma estimativa da idade do calendário da amostra. Outras correções devem ser feitas para levar em conta a proporção de14
C
em diferentes tipos de organismos (fracionamento), e os vários níveis de14
C
em toda a biosfera (efeitos de reservatório). Complicações adicionais vêm da queima de combustíveis fósseis, como carvão e petróleo, e dos testes nucleares acima do solo realizados nas décadas de 1950 e 1960. Porque o tempo que leva para converter materiais biológicos em combustíveis fósseis é substancialmente maior do que o tempo que leva para sua14
C
a decair abaixo dos níveis detectáveis, os combustíveis fósseis quase não contêm14
C.
_ Como resultado, a partir do final do século XIX, houve uma queda notável na proporção de14
C
à medida que o dióxido de carbono gerado pela queima de combustíveis fósseis começou a se acumular na atmosfera. Por outro lado, os testes nucleares aumentaram a quantidade de14
C
na atmosfera, que atingiu um máximo em cerca de 1965 de quase o dobro da quantidade presente na atmosfera antes dos testes nucleares.

A medição do radiocarbono foi originalmente feita por dispositivos de contagem beta, que contavam a quantidade de radiação beta emitida pelo decaimento14
átomos de C em uma amostra. Mais recentemente, a espectrometria de massa do acelerador tornou-se o método de escolha; conta todos os14
átomos de C
na amostra e não apenas os poucos que decaem durante as medições; ele pode, portanto, ser usado com amostras muito menores (tão pequenas quanto sementes de plantas individuais) e fornece resultados muito mais rapidamente. O desenvolvimento da datação por radiocarbono teve um profundo impacto na arqueologia . Além de permitir uma datação mais precisa dentro de sítios arqueológicos do que os métodos anteriores, permite a comparação de datas de eventos em grandes distâncias. As histórias da arqueologia muitas vezes se referem ao seu impacto como a "revolução do radiocarbono". A datação por radiocarbono permitiu datar importantes transições na pré-história, como o final da última era glacial e o início do Neolítico e da Idade do Bronze em diferentes regiões.

Fundo

História

Em 1939, Martin Kamen e Samuel Ruben , do Laboratório de Radiação de Berkeley, iniciaram experimentos para determinar se algum dos elementos comuns na matéria orgânica tinha isótopos com meia-vida longa o suficiente para serem valiosos na pesquisa biomédica. Eles sintetizaram14
C usando o acelerador de ciclotron do laboratório e logo descobriu que a
meia-vida do átomo era muito mais longa do que se pensava anteriormente. Isto foi seguido por uma previsão de Serge A. Korff , então empregado no Franklin Institute na Filadélfia , de que a interação de nêutrons térmicos com14
N
na atmosfera superior criaria14
C.
_ Antes se pensava que14
C
seria mais provável de ser criado por deuterons interagindo com13
C.
_ Em algum momento durante a Segunda Guerra Mundial, Willard Libby , que estava então em Berkeley, soube da pesquisa de Korff e concebeu a ideia de que poderia ser possível usar radiocarbono para datação.

Em 1945, Libby mudou-se para a Universidade de Chicago , onde começou seu trabalho em datação por radiocarbono. Ele publicou um artigo em 1946 no qual propunha que o carbono na matéria viva poderia incluir14
C
, bem como carbono não radioativo. Libby e vários colaboradores passaram a experimentar com metano coletado de esgotos em Baltimore e, após enriquecer isotopicamente suas amostras, conseguiram demonstrar que continham14
C.
_ Por outro lado, o metano criado a partir do petróleo não mostrou atividade de radiocarbono devido à sua idade. Os resultados foram resumidos em um artigo na Science em 1947, no qual os autores comentavam que seus resultados sugeriam que seria possível datar materiais contendo carbono de origem orgânica.

Libby e James Arnold começaram a testar a teoria da datação por radiocarbono analisando amostras com idades conhecidas. Por exemplo, duas amostras retiradas das tumbas de dois reis egípcios, Zoser e Sneferu , datadas independentemente de 2625 aC mais ou menos 75 anos, foram datadas por medição de radiocarbono em uma média de 2800 aC mais ou menos 250 anos. Esses resultados foram publicados na revista Science em dezembro de 1949. Em 11 anos de seu anúncio, mais de 20 laboratórios de datação por radiocarbono foram criados em todo o mundo. Em 1960, Libby recebeu o Prêmio Nobel de Química por este trabalho.

Detalhes físicos e químicos

Na natureza, o carbono existe como três isótopos, dois estáveis, não radioativos: carbono-12 (12
C
) e carbono-13 (13
C
) e carbono-14 radioativo (14
C
), também conhecido como "radiocarbono". A meia-vida de14
C
(o tempo que leva para metade de uma determinada quantidade de14
C
para decair ) é de cerca de 5.730 anos, então sua concentração na atmosfera pode diminuir ao longo de milhares de anos, mas14
C
está sendo constantemente produzido na estratosfera inferior e na troposfera superior, principalmente por raios cósmicos galácticos e, em menor grau, por raios cósmicos solares. Esses raios cósmicos geram nêutrons à medida que viajam pela atmosfera, que podem atingir o nitrogênio-14 (14
N
) átomos e transformá-los em14
C.
_ A seguinte reação nuclear é a principal via pela qual14
C
é criado:

n +14
7
N
14
6
C
+ p

onde n representa um nêutron e p representa um próton .

Uma vez produzido, o14
C
rapidamente se combina com o oxigênio (O) na atmosfera para formar o primeiro monóxido de carbono ( CO ) e, finalmente, o dióxido de carbono ( CO
2
).

14
C
+ O
2
14
CO
+ O
14
CO
+ OH →14
CO
2
+ H

O dióxido de carbono produzido dessa maneira se difunde na atmosfera, é dissolvido no oceano e é absorvido pelas plantas por meio da fotossíntese . Os animais comem as plantas e, finalmente, o radiocarbono é distribuído por toda a biosfera . A proporção de14
C
para12
C
é aproximadamente 1,25 partes de14
C
a 10 12 partes de12
C.
_ Além disso, cerca de 1% dos átomos de carbono são do isótopo estável13
C.
_

A equação para o decaimento radioativo de14
C
é:

14
6
C
14
7
N
+
e
+
ν
e

Emitindo uma partícula beta (um elétron , e- ) e um antineutrino de elétron (
ν
e
), um dos nêutrons do14
O núcleo C
se transforma em um próton e o14
O núcleo C
reverte para o isótopo estável (não radioativo)14
N.
_

Princípios

Durante sua vida, uma planta ou animal está em equilíbrio com seu entorno trocando carbono com a atmosfera ou através de sua dieta. Terá, portanto, a mesma proporção de14
C
como a atmosfera, ou no caso de animais marinhos ou plantas, com o oceano. Uma vez que morre, deixa de adquirir14
C
, mas o14
C
dentro de seu material biológico naquele momento continuará a decair, e assim a razão de14
C
para12
C
em seus restos diminuirá gradualmente. Porque14
C
decai a uma taxa conhecida, a proporção de radiocarbono pode ser usada para determinar quanto tempo se passou desde que uma determinada amostra parou de trocar carbono - quanto mais velha a amostra, menos14
C
será deixado.

A equação que governa o decaimento de um isótopo radioativo é:

onde N 0 é o número de átomos do isótopo na amostra original (no tempo t = 0, quando o organismo do qual a amostra foi retirada morreu), e N é o número de átomos restantes após o tempo t . λ é uma constante que depende do isótopo particular; para um dado isótopo é igual ao recíproco da vida  média – isto é, o tempo médio ou esperado que um dado átomo sobreviverá antes de sofrer decaimento radioativo. A vida média, denotada por τ , de14
C
é 8.267 anos, então a equação acima pode ser reescrita como:

Supõe-se que a amostra tenha originalmente o mesmo14
C
/12
C
como a razão na atmosfera, e como o tamanho da amostra é conhecido, o número total de átomos na amostra pode ser calculado, produzindo N 0 , o número de14
átomos de C na amostra original. Medição de N , o número de14
átomos de C
atualmente na amostra, permite o cálculo de t , a idade da amostra, usando a equação acima.

A meia-vida de um isótopo radioativo (geralmente denotada por t 1/2 ) é um conceito mais familiar do que a vida média, portanto, embora as equações acima sejam expressas em termos de vida média, é mais comum citar o valor de14
meia-vida de C
do que sua meia-vida. O valor atualmente aceito para a meia-vida de14
C
é 5.700 ± 30 anos. Isso significa que após 5.700 anos, apenas metade da14
C
permanecerá; um quarto permanecerá após 11.400 anos; um oitavo após 17.100 anos; e assim por diante.

Os cálculos acima fazem várias suposições, como que o nível de14
C
na atmosfera permaneceu constante ao longo do tempo. De fato, o nível de14
C
na atmosfera variou significativamente e, como resultado, os valores fornecidos pela equação acima devem ser corrigidos usando dados de outras fontes. Isso é feito por curvas de calibração (discutidas abaixo), que convertem uma medida de14
C
em uma amostra em uma idade de calendário estimada. Os cálculos envolvem várias etapas e incluem um valor intermediário chamado "idade do radiocarbono", que é a idade em "anos de radiocarbono" da amostra: uma idade cotada em anos de radiocarbono significa que nenhuma curva de calibração foi usada − os cálculos para anos de radiocarbono Suponha que a atmosfera14
C
/12
A relação C
não mudou ao longo do tempo.

O cálculo das idades de radiocarbono também requer o valor da meia-vida para14
C.
_ No artigo de 1949 de Libby, ele usou um valor de 5720 ± 47 anos, baseado na pesquisa de Engelkemeir et al. Este foi notavelmente próximo do valor moderno, mas logo depois o valor aceito foi revisado para 5568 ± 30 anos, e esse valor estava em uso por mais de uma década. Foi revisado novamente no início da década de 1960 para 5.730 ± 40 anos, o que significava que muitas datas calculadas em artigos publicados antes disso estavam incorretas (o erro na meia-vida é de cerca de 3%). Para consistência com esses primeiros trabalhos, foi acordado na Conferência de Radiocarbono de 1962 em Cambridge (Reino Unido) usar a "meia-vida de Libby" de 5.568 anos. As idades do radiocarbono ainda são calculadas usando essa meia-vida e são conhecidas como "Idade do Radiocarbono Convencional". Uma vez que a curva de calibração (IntCal) também reporta passados ​​atmosféricos14
C
usando esta idade convencional, qualquer idade convencional calibrada contra a curva IntCal produzirá uma idade calibrada correta. Quando uma data é citada, o leitor deve estar ciente de que se for uma data não calibrada (um termo usado para datas dadas em anos de radiocarbono) pode diferir substancialmente da melhor estimativa da data real do calendário, tanto porque usa o valor errado para a meia-vida de14
C
, e porque nenhuma correção (calibração) foi aplicada para a variação histórica de14
C
na atmosfera ao longo do tempo.

Reservatório de troca de carbono

Versão simplificada do reservatório de troca de carbono, mostrando proporções de carbono e atividade relativa do14
C
em cada reservatório

O carbono é distribuído por toda a atmosfera, biosfera e oceanos; estes são referidos coletivamente como o reservatório de troca de carbono, e cada componente também é referido individualmente como um reservatório de troca de carbono. Os diferentes elementos do reservatório de troca de carbono variam em quanto carbono eles armazenam e em quanto tempo leva para o14
C
gerado por raios cósmicos para se misturar totalmente com eles. Isso afeta a proporção de14
C
para12
C
nos diferentes reservatórios e, portanto, as idades de radiocarbono das amostras que se originaram em cada reservatório. A atmosfera, que é onde14
C
é gerado, contém cerca de 1,9% do carbono total nos reservatórios, e o14
C
contém misturas em menos de sete anos. A proporção de14
C
para12
C
na atmosfera é tomado como linha de base para os outros reservatórios: se outro reservatório tiver uma razão menor de14
C
para12
C
, indica que o carbono é mais antigo e, portanto, alguns dos14
C
decaiu ou o reservatório está recebendo carbono que não está na linha de base atmosférica. A superfície do oceano é um exemplo: contém 2,4% do carbono no reservatório de troca, mas há apenas cerca de 95% a mais14
C
como seria de esperar se a proporção fosse a mesma que na atmosfera. O tempo que leva para o carbono da atmosfera se misturar com a superfície do oceano é de apenas alguns anos, mas as águas superficiais também recebem água do oceano profundo, que tem mais de 90% do carbono do reservatório. A água no fundo do oceano leva cerca de 1.000 anos para circular de volta pelas águas superficiais e, portanto, as águas superficiais contêm uma combinação de água mais antiga, com água esgotada.14
C
, e água recentemente na superfície, com14
C
em equilíbrio com a atmosfera.

As criaturas que vivem na superfície do oceano têm a mesma14
C
como a água em que vivem, e como resultado da redução14
C
/12
C
, a idade de radiocarbono da vida marinha é tipicamente de cerca de 400 anos. Os organismos terrestres estão em maior equilíbrio com a atmosfera e têm a mesma14
C
/12
razão C
como a atmosfera. Esses organismos contêm cerca de 1,3% do carbono do reservatório; os organismos marinhos têm uma massa inferior a 1% daquelas em terra e não são mostrados no diagrama. A matéria orgânica morta acumulada, tanto de plantas quanto de animais, excede a massa da biosfera por um fator de quase 3, e como essa matéria não está mais trocando carbono com seu ambiente, tem uma14
C
/12
C
razão inferior à da biosfera.

Considerações sobre namoro

A variação do14
C
/12
A razão C
em diferentes partes do reservatório de troca de carbono significa que um cálculo direto da idade de uma amostra com base na quantidade de14
C
que ele contém geralmente dará um resultado incorreto. Existem várias outras possíveis fontes de erro que precisam ser consideradas. Os erros são de quatro tipos gerais:

  • variações no14
    C
    /12
    razão C
    na atmosfera, tanto geograficamente quanto ao longo do tempo;
  • fracionamento isotópico;
  • variações no14
    C
    /12
    relação C
    em diferentes partes do reservatório;
  • contaminação.

Variação atmosférica

Atmosférico14
C
para os hemisférios norte e sul, mostrando excesso percentual acima dos níveis pré-bomba. O Tratado de Proibição Parcial de Testes entrou em vigor em 10 de outubro de 1963.

Nos primeiros anos de uso da técnica, entendia-se que ela dependia das condições atmosféricas14
C
/12
A razão C
permaneceu a mesma nos últimos milhares de anos. Para verificar a precisão do método, foram testados vários artefatos que eram datáveis ​​por outras técnicas; os resultados dos testes estavam de acordo razoável com as idades reais dos objetos. Com o tempo, no entanto, começaram a aparecer discrepâncias entre a cronologia conhecida das mais antigas dinastias egípcias e as datas de radiocarbono dos artefatos egípcios. Nem a cronologia egípcia pré-existente nem o novo método de datação por radiocarbono poderiam ser considerados precisos, mas uma terceira possibilidade era que o14
C
/12
A relação C
mudou ao longo do tempo. A questão foi resolvida pelo estudo de anéis de árvores : a comparação de séries sobrepostas de anéis de árvores permitiu a construção de uma sequência contínua de dados de anéis de árvores que abrangeu 8.000 anos. (Desde então, a série de dados de anéis de árvores foi estendida para 13.900 anos.) Na década de 1960, Hans Suess conseguiu usar a sequência de anéis de árvores para mostrar que as datas derivadas do radiocarbono eram consistentes com as datas atribuídas pelos egiptólogos. Isso foi possível porque embora as plantas anuais, como o milho, tenham uma14
C
/12
A razão C
que reflete a razão atmosférica no momento em que estavam crescendo, as árvores apenas adicionam material ao seu anel de árvore mais externo em um determinado ano, enquanto os anéis de árvore internos não recebem sua14
C
reabastecido e, em vez disso, começar a perder14
C
por decaimento. Assim, cada anel preserva um registro da atmosfera14
C
/12
A razão C
do ano em que cresceu. A datação por carbono da madeira dos próprios anéis das árvores fornece a verificação necessária sobre a atmosfera14
C
/12
Razão C
: com uma amostra de data conhecida e uma medida do valor de N (o número de átomos de14
C
restante na amostra), a equação de datação por carbono permite o cálculo de N 0 – o número de átomos de14
C
na amostra no momento em que o anel da árvore foi formado - e, portanto, o14
C
/12
C
na atmosfera naquele momento. Equipado com os resultados da datação por carbono dos anéis das árvores, tornou-se possível construir curvas de calibração destinadas a corrigir os erros causados ​​pela variação ao longo do tempo no14
C
/12
proporção C. Essas curvas são descritas com mais detalhes a seguir .

O carvão e o petróleo começaram a ser queimados em grandes quantidades durante o século XIX. Ambos são suficientemente velhos para conterem pouco ou nenhum14
C
e, como resultado, o CO
2
liberado substancialmente diluído na atmosfera14
C
/12
proporção C. Datar um objeto do início do século 20, portanto, fornece uma data aparente mais antiga que a data verdadeira. Pela mesma razão,14
As concentrações de C
na vizinhança das grandes cidades são inferiores à média atmosférica. Esse efeito do combustível fóssil (também conhecido como efeito Suess, em homenagem a Hans Suess, que o relatou pela primeira vez em 1955) representaria apenas uma redução de 0,2% no14
C
se o carbono adicional dos combustíveis fósseis fosse distribuído por todo o reservatório de troca de carbono, mas devido ao longo atraso na mistura com o oceano profundo, o efeito real é uma redução de 3%.

Um efeito muito maior vem dos testes nucleares acima do solo, que liberaram um grande número de nêutrons na atmosfera, resultando na criação de14
C.
_ De cerca de 1950 até 1963, quando os testes nucleares atmosféricos foram proibidos, estima-se que várias toneladas de14
C
foram criados. Se tudo isso extra14
C
tivesse sido imediatamente espalhado por todo o reservatório de troca de carbono, teria levado a um aumento na14
C
/12
C
de apenas alguns por cento, mas o efeito imediato foi quase o dobro da quantidade de14
C
na atmosfera, com o nível máximo ocorrendo em 1964 para o hemisfério norte e em 1966 para o hemisfério sul. O nível caiu desde então, pois esse pulso de bomba ou "carbono bomba" (como às vezes é chamado) percola no resto do reservatório.

Fracionamento isotópico

A fotossíntese é o processo primário pelo qual o carbono se move da atmosfera para os seres vivos. Nas vias fotossintéticas12
C
é absorvido um pouco mais facilmente do que13
C
, que por sua vez é mais facilmente absorvido do que14
C.
_ A absorção diferencial dos três isótopos de carbono leva a13
C
/12
C
e14
C
/12
Proporções C
em plantas que diferem das proporções na atmosfera. Este efeito é conhecido como fracionamento isotópico.

Para determinar o grau de fracionamento que ocorre em uma determinada planta, as quantidades de ambos12
C
e13
Os isótopos C
são medidos e o resultado13
C
/12
A razão C
é então comparada a uma razão padrão conhecida como PDB. o13
C
/12
A relação C
é usada em vez de14
C
/12
C
porque o primeiro é muito mais fácil de medir, e o último pode ser facilmente derivado: o esgotamento de13
C
em relação a12
C
é proporcional à diferença nas massas atômicas dos dois isótopos, então a depleção para14
C
é o dobro da depleção de13
C.
_ O fracionamento de13
C
, conhecido como δ 13 C , é calculado da seguinte forma:

onde o sinal ‰ indica partes por mil . Como o padrão PDB contém uma proporção incomumente alta de13
C
, mais medido δ 13 Cos valores são negativos.

Ovelhas North Ronaldsay na praia em North Ronaldsay . No inverno, essas ovelhas comem algas marinhas, que têm um δ 13 C mais altoconteúdo do que grama; amostras dessas ovelhas têm um δ 13 Cvalor de cerca de -13‰, que é muito maior do que para ovelhas que se alimentam de gramíneas.
Material Típico δ 13 Cvariar
PDB 0‰
plâncton marinho −22‰ a −17‰
plantas C3 −30‰ a −22‰
plantas C4 −15‰ a −9‰
CO atmosférico
2
−8‰
CO marinho
2
−32‰ a −13‰

Para organismos marinhos, os detalhes das reações de fotossíntese são menos compreendidos, e o δ 13 Cos valores para os organismos fotossintéticos marinhos são dependentes da temperatura. Em temperaturas mais altas, o CO
2
tem baixa solubilidade em água, o que significa que há menos CO
2
disponível para as reações fotossintéticas. Nestas condições, o fracionamento é reduzido, e em temperaturas acima de 14°C o δ 13 Cos valores são correspondentemente mais altos, enquanto em temperaturas mais baixas, o CO
2
torna-se mais solúvel e, portanto, mais disponível para os organismos marinhos. O δ 13 Cvalor para os animais depende de sua dieta. Um animal que come alimentos com alto δ 13 Cvalores terão um maior δ 13 Cdo que aquele que come alimentos com menor δ 13 Cvalores. Os próprios processos bioquímicos do animal também podem afetar os resultados: por exemplo, tanto os minerais ósseos quanto o colágeno ósseo normalmente têm uma concentração mais alta de13
C
do que é encontrado na dieta do animal, embora por diferentes razões bioquímicas. O enriquecimento do osso13
C
também implica que o material excretado é esgotado em13
C
em relação à dieta.

Desde13
C
compõe cerca de 1% do carbono em uma amostra, o13
C
/12
A razão C
pode ser medida com precisão por espectrometria de massa . Valores típicos de δ 13 Cforam encontrados experimentalmente para muitas plantas, bem como para diferentes partes de animais, como colágeno ósseo , mas ao datar uma determinada amostra é melhor determinar o δ 13 Cvalor para essa amostra diretamente do que confiar nos valores publicados.

A troca de carbono entre o CO atmosférico
2
e carbonato na superfície do oceano também está sujeito a fracionamento, com14
C
na atmosfera mais provável do que12
C
para se dissolver no oceano. O resultado é um aumento geral da14
C
/12
C
no oceano de 1,5%, em relação ao14
C
/12
razão C
na atmosfera. Este aumento de14
A concentração de C
anula quase exatamente a diminuição causada pela ressurgência da água (contendo água velha e, portanto,14
C
-empobrecido, carbono) do oceano profundo, de modo que as medições diretas de14
A radiação C são semelhantes às medições para o resto da biosfera. A correção do fracionamento isotópico, como é feito para todas as datas de radiocarbono para permitir a comparação entre os resultados de diferentes partes da biosfera, fornece uma idade aparente de cerca de 400 anos para a água da superfície do oceano.

Efeitos do reservatório

A hipótese do reservatório de troca original de Libby assumia que o14
C
/12
A razão C
no reservatório de troca é constante em todo o mundo, mas desde então descobriu-se que existem várias causas de variação na razão ao longo do reservatório.

Efeito marinho

O CO
2
na atmosfera transfere-se para o oceano dissolvendo-se na água de superfície como íons carbonato e bicarbonato; ao mesmo tempo, os íons carbonato na água estão retornando ao ar como CO
2
. Esse processo de troca traz14
C
da atmosfera para as águas superficiais do oceano, mas a14
C
assim introduzido leva muito tempo para percolar através de todo o volume do oceano. As partes mais profundas do oceano se misturam muito lentamente com as águas superficiais, e a mistura é desigual. O principal mecanismo que traz águas profundas para a superfície é a ressurgência, que é mais comum em regiões mais próximas ao equador. A ressurgência também é influenciada por fatores como a topografia do fundo do oceano local e das costas, o clima e os padrões de vento. No geral, a mistura de águas profundas e superficiais leva muito mais tempo do que a mistura de CO atmosférico
2
com as águas superficiais e, como resultado, a água de algumas áreas oceânicas profundas tem uma idade aparente de radiocarbono de vários milhares de anos. A ressurgência mistura esta água "velha" com a água de superfície, dando à água de superfície uma idade aparente de cerca de várias centenas de anos (após a correção do fracionamento). Este efeito não é uniforme – o efeito médio é de cerca de 400 anos, mas existem desvios locais de várias centenas de anos para áreas geograficamente próximas umas das outras. Esses desvios podem ser contabilizados na calibração, e usuários de softwares como o CALIB podem fornecer como entrada a correção adequada para a localização de suas amostras. O efeito também se aplica a organismos marinhos, como conchas, e mamíferos marinhos, como baleias e focas, que têm idades de radiocarbono que parecem ter centenas de anos.

Efeito hemisfério

Os hemisférios norte e sul têm sistemas de circulação atmosférica que são suficientemente independentes um do outro para que haja um notável intervalo de tempo na mistura entre os dois. A atmosfera14
C
/12
A razão C
é menor no hemisfério sul, com uma idade adicional aparente de cerca de 40 anos para os resultados de radiocarbono do sul em comparação com o norte. Isso ocorre porque a maior área de superfície do oceano no hemisfério sul significa que há mais carbono trocado entre o oceano e a atmosfera do que no norte. Como a superfície do oceano está esgotada em14
C
por causa do efeito marinho,14
C
é removido da atmosfera do sul mais rapidamente do que no norte. O efeito é reforçado pela forte ressurgência ao redor da Antártida.

Outros efeitos

Se o carbono na água doce for parcialmente adquirido de carbono envelhecido, como rochas, o resultado será uma redução na14
C
/12
Razão C na água. Por exemplo, os rios que passam sobre o calcário , que é composto principalmente de carbonato de cálcio , adquirirão íons de carbonato. Da mesma forma, a água subterrânea pode conter carbono derivado das rochas pelas quais passou. Essas rochas são geralmente tão antigas que não contêm mais nenhum material mensurável.14
C
, então este carbono reduz a14
C
/12
C
da água que entra, o que pode levar a idades aparentes de milhares de anos tanto para a água afetada quanto para as plantas e organismos de água doce que vivem nela. Isso é conhecido como efeito da água dura porque é frequentemente associado aos íons de cálcio, que são característicos da água dura; outras fontes de carbono, como o húmus , podem produzir resultados semelhantes, podendo também reduzir a idade aparente se forem de origem mais recente que a amostra. O efeito varia muito e não há compensação geral que possa ser aplicada; pesquisas adicionais geralmente são necessárias para determinar o tamanho do deslocamento, por exemplo, comparando a idade de radiocarbono de conchas de água doce depositadas com material orgânico associado.

As erupções vulcânicas ejetam grandes quantidades de carbono no ar. O carbono é de origem geológica e não possui14
C
, então o14
C
/12
A relação C
nas proximidades do vulcão é deprimida em relação às áreas circundantes. Vulcões adormecidos também podem emitir carbono envelhecido. As plantas que fotossintetizam esse carbono também têm menor14
C
/12
Razões C
: por exemplo, plantas na vizinhança da caldeira das Furnas nos Açores foram encontradas com idades aparentes que variaram de 250 anos a 3320 anos.

Contaminação

Qualquer adição de carbono a uma amostra de idade diferente fará com que a data medida seja imprecisa. A contaminação com carbono moderno faz com que uma amostra pareça mais jovem do que realmente é: o efeito é maior para amostras mais antigas. Se uma amostra com 17.000 anos estiver contaminada de modo que 1% da amostra seja carbono moderno, parecerá ser 600 anos mais jovem; para uma amostra com 34.000 anos, a mesma quantidade de contaminação causaria um erro de 4.000 anos. Contaminação com carbono velho, sem restos14
C
, causa um erro na outra direção independente da idade – uma amostra contaminada com 1% de carbono velho parecerá cerca de 80 anos mais velha do que realmente é, independentemente da data da amostra.

Amostras

As amostras para datação precisam ser convertidas em uma forma adequada para medir a14
conteúdo C
; isso pode significar conversão para a forma gasosa, líquida ou sólida, dependendo da técnica de medição a ser usada. Antes que isso possa ser feito, a amostra deve ser tratada para remover qualquer contaminação e quaisquer constituintes indesejados. Isso inclui a remoção de contaminantes visíveis, como radículas que podem ter penetrado na amostra desde o seu enterro. Lavagens alcalinas e ácidas podem ser usadas para remover a contaminação por ácido húmico e carbonato, mas deve-se tomar cuidado para evitar a remoção da parte da amostra que contém o carbono a ser testado.

Considerações materiais

  • É comum reduzir uma amostra de madeira apenas ao componente de celulose antes do teste, mas como isso pode reduzir o volume da amostra para 20% de seu tamanho original, o teste de toda a madeira também é realizado. O carvão é frequentemente testado, mas é provável que precise de tratamento para remover contaminantes.
  • O osso não queimado pode ser testado; é comum datá-lo usando colágeno , a fração de proteína que permanece após a lavagem do material estrutural do osso. A hidroxiprolina , um dos aminoácidos constituintes do osso, já foi considerada um indicador confiável, pois não era conhecida sua ocorrência exceto no osso, mas desde então foi detectada em águas subterrâneas.
  • Para osso queimado, a testabilidade depende das condições em que o osso foi queimado. Se o osso foi aquecido em condições redutoras , ele (e a matéria orgânica associada) pode ter sido carbonizado. Neste caso, a amostra é frequentemente utilizável.
  • As conchas de organismos marinhos e terrestres consistem quase inteiramente de carbonato de cálcio, como aragonita ou calcita , ou alguma mistura dos dois. O carbonato de cálcio é muito suscetível à dissolução e recristalização; o material recristalizado conterá carbono do ambiente da amostra, que pode ser de origem geológica. Se o teste da casca recristalizada for inevitável, às vezes é possível identificar o material original da casca a partir de uma sequência de testes. Também é possível testar a conchiolina , uma proteína orgânica encontrada na casca, mas constitui apenas 1 a 2% do material da casca.
  • Os três principais componentes da turfa são o ácido húmico , humins e ácido fúlvico . Destes, as huminas fornecem a data mais confiável, pois são insolúveis em álcalis e menos propensas a conter contaminantes do ambiente da amostra. Uma dificuldade particular com a turfa seca é a remoção de radículas, que provavelmente são difíceis de distinguir do material da amostra.
  • O solo contém material orgânico, mas devido à probabilidade de contaminação por ácido húmico de origem mais recente, é muito difícil obter datações de radiocarbono satisfatórias. É preferível peneirar o solo para fragmentos de origem orgânica e datar os fragmentos com métodos que sejam tolerantes a pequenos tamanhos de amostra.
  • Outros materiais que foram datados com sucesso incluem marfim, papel, têxteis, sementes e grãos individuais, palha de tijolos de barro e restos de comida carbonizada encontrados em cerâmica.

Preparação e tamanho

Particularmente para amostras mais antigas, pode ser útil enriquecer a quantidade de14
C
na amostra antes do teste. Isso pode ser feito com uma coluna de difusão térmica. O processo leva cerca de um mês e requer uma amostra cerca de dez vezes maior do que seria necessário de outra forma, mas permite uma medição mais precisa do14
C
/12
C
em material antigo e estende a idade máxima que pode ser relatada de forma confiável.

Uma vez que a contaminação tenha sido removida, as amostras devem ser convertidas em uma forma adequada para a tecnologia de medição a ser usada. Onde o gás é necessário, CO
2
é amplamente utilizado. Para amostras a serem utilizadas em contadores de cintilação líquida , o carbono deve estar na forma líquida; a amostra é normalmente convertida em benzeno . Para espectrometria de massa do acelerador , os alvos de grafite sólido são os mais comuns, embora o CO gasoso
2
também pode ser usado.

A quantidade de material necessária para o teste depende do tipo de amostra e da tecnologia utilizada. Existem dois tipos de tecnologia de teste: detectores que registram radioatividade, conhecidos como contadores beta, e espectrômetros de massa aceleradores. Para contadores beta, normalmente é necessária uma amostra pesando pelo menos 10 gramas (0,35 onças). A espectrometria de massa do acelerador é muito mais sensível e amostras contendo apenas 0,5 miligramas de carbono podem ser usadas.

Medição e resultados

Medindo14
C
agora é mais comumente feito com um espectrômetro de massa acelerador

Por décadas depois que Libby realizou os primeiros experimentos de datação por radiocarbono, a única maneira de medir a14
C
em uma amostra foi detectar o decaimento radioativo de átomos de carbono individuais. Nesta abordagem, o que é medido é a atividade, em número de eventos de decaimento por unidade de massa por período de tempo, da amostra. Este método também é conhecido como "contagem beta", porque são as partículas beta emitidas pelo decaimento14
átomos de C
que são detectados. No final da década de 1970, uma abordagem alternativa tornou-se disponível: contar diretamente o número de14
C
e12
átomos de C
em uma determinada amostra, via espectrometria de massa do acelerador, geralmente referido como AMS. AMS conta o14
C
/12
C
diretamente, em vez da atividade da amostra, mas medições de atividade e14
C
/12
A relação C
pode ser convertida exatamente uma na outra. Por algum tempo, os métodos de contagem beta eram mais precisos que o AMS, mas o AMS agora é mais preciso e se tornou o método de escolha para medições de radiocarbono. Além da precisão aprimorada, o AMS tem mais duas vantagens significativas sobre a contagem beta: ele pode realizar testes precisos em amostras muito pequenas para a contagem beta e é muito mais rápido – uma precisão de 1% pode ser alcançada em minutos com o AMS, que é muito mais rápido do que seria possível com a tecnologia mais antiga.

Contagem beta

O primeiro detector de Libby foi um contador Geiger de seu próprio projeto. Ele converteu o carbono em sua amostra em negro de lâmpada (fuligem) e revestiu a superfície interna de um cilindro com ele. Este cilindro foi inserido no contador de forma que o fio de contagem ficasse dentro do cilindro da amostra, para que não houvesse material entre a amostra e o fio. Qualquer material interposto teria interferido na detecção de radioatividade, uma vez que as partículas beta emitidas pelo decaimento14
C
são tão fracos que metade são parados por uma espessura de 0,01 mm de alumínio.

O método de Libby foi logo substituído pelos contadores proporcionais de gás , que eram menos afetados pelo carbono da bomba (o14
C
criado por testes de armas nucleares). Esses contadores registram rajadas de ionização causadas pelas partículas beta emitidas pelo decaimento14
átomos de C ; as rajadas são proporcionais à energia da partícula, de modo que outras fontes de ionização, como radiação de fundo, podem ser identificadas e ignoradas. Os contadores são cercados por blindagem de chumbo ou aço, para eliminar a radiação de fundo e reduzir a incidência de raios cósmicos. Além disso, são usados ​​detectores de anticoincidência ; estes eventos de registro fora do contador e qualquer evento registrado simultaneamente dentro e fora do contador é considerado um evento estranho e ignorado.

A outra tecnologia comum usada para medir14
A atividade C
é a contagem de cintilação líquida, que foi inventada em 1950, mas que teve que esperar até o início da década de 1960, quando métodos eficientes de síntese de benzeno foram desenvolvidos, para se tornar competitivo com a contagem de gás; depois de 1970, os contadores de líquidos tornaram-se a escolha de tecnologia mais comum para laboratórios de datação recém-construídos. Os contadores funcionam detectando flashes de luz causados ​​pelas partículas beta emitidas por14
C
à medida que interagem com um agente fluorescente adicionado ao benzeno. Assim como os contadores de gás, os contadores de cintilação líquida requerem contadores de blindagem e anticoincidência.

Tanto para o contador proporcional de gás quanto para o contador de cintilação líquida, o que é medido é o número de partículas beta detectadas em um determinado período de tempo. Como a massa da amostra é conhecida, ela pode ser convertida em uma medida padrão de atividade em unidades de contagens por minuto por grama de carbono (cpm/g C), ou becquerels por kg (Bq/kg C, em unidades SI ). Cada dispositivo de medição também é usado para medir a atividade de uma amostra em branco – uma amostra preparada a partir de carbono com idade suficiente para não ter atividade. Isso fornece um valor para a radiação de fundo, que deve ser subtraída da atividade medida da amostra que está sendo datada para obter a atividade atribuível apenas à amostra dessa amostra.14
C.
_ Além disso, uma amostra com uma atividade padrão é medida, para fornecer uma linha de base para comparação.

Espectrometria de massa do acelerador

Layout esquemático simplificado de um espectrômetro de massa acelerador usado para contar isótopos de carbono para datação por carbono

AMS conta os átomos de14
C
e12
C
em uma determinada amostra, determinando o14
C
/12
relação C
diretamente. A amostra, muitas vezes na forma de grafite, é feita para emitir íons C (átomos de carbono com uma única carga negativa), que são injetados em um acelerador . Os íons são acelerados e passam por um stripper, que remove vários elétrons para que os íons emerjam com carga positiva. Os íons, que podem ter de 1 a 4 cargas positivas (C + a C 4+ ), dependendo do projeto do acelerador, são então passados ​​por um ímã que curva seu caminho; os íons mais pesados ​​são menos curvados do que os mais leves, de modo que os diferentes isótopos emergem como fluxos separados de íons. Um detector de partículas então registra o número de íons detectados no14
C
, mas como o volume de12
C
(e13
C
, necessário para calibração) é muito grande para detecção de íons individuais, as contagens são determinadas pela medição da corrente elétrica criada em um copo de Faraday . A grande carga positiva induzida pelo stripper força moléculas como13
CH
, que tem um peso próximo o suficiente para14
C
para interferir nas medições, para dissociar, para que não sejam detectados. A maioria das máquinas AMS também mede o δ 13 C da amostra, para uso no cálculo da idade de radiocarbono da amostra. O uso de AMS, em oposição a formas mais simples de espectrometria de massa, é necessário devido à necessidade de distinguir os isótopos de carbono de outros átomos ou moléculas de massa muito próxima, como14
N
e13
CH
. Tal como acontece com a contagem beta, são usadas amostras em branco e amostras padrão. Dois tipos diferentes de branco podem ser medidos: uma amostra de carbono morto que não passou por nenhum processamento químico, para detectar qualquer fundo de máquina, e uma amostra conhecida como branco de processo feito de carbono morto que é processado no material alvo exatamente da mesma maneira como a amostra que está sendo datada. Algum14
O sinal C
do branco de fundo da máquina provavelmente é causado por feixes de íons que não seguiram o caminho esperado dentro do detector ou por hidretos de carbono, como12
CH
2
ou13
CH
. UMA14
O sinal C do branco do processo mede a quantidade de contaminação introduzida durante a preparação da amostra. Essas medidas são usadas no cálculo subsequente da idade da amostra.

Cálculos

Os cálculos a serem realizados nas medições feitas dependem da tecnologia utilizada, pois os contadores beta medem a radioatividade da amostra enquanto o AMS determina a proporção dos três diferentes isótopos de carbono na amostra.

Para determinar a idade de uma amostra cuja atividade foi medida por contagem beta, deve-se encontrar a razão entre sua atividade e a atividade do padrão. Para determinar isso, uma amostra em branco (de carbono antigo ou morto) é medida e uma amostra de atividade conhecida é medida. As amostras adicionais permitem que erros como radiação de fundo e erros sistemáticos na configuração do laboratório sejam detectados e corrigidos. O material de amostra padrão mais comum é o ácido oxálico, como o padrão HOxII, 1.000 lb do qual foi preparado pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) em 1977 a partir de colheitas de beterraba francesas.

Os resultados do teste AMS estão na forma de proporções de12
C
,13
C
, e14
C
, que são usados ​​para calcular Fm, a "fração moderna". Este é definido como a razão entre o14
C
/12
razão C
na amostra e o14
C
/12
A razão C
no carbono moderno, que por sua vez é definida como a14
C
/12
A razão C
que teria sido medida em 1950 se não houvesse o efeito do combustível fóssil.

Tanto a contagem beta quanto os resultados de AMS devem ser corrigidos para fracionamento. Isso é necessário porque materiais diferentes da mesma idade, que por causa do fracionamento têm naturalmente diferentes14
C
/12
C
, parecerão ter idades diferentes porque o14
C
/12
A razão C
é tomada como indicador de idade. Para evitar isso, todas as medições de radiocarbono são convertidas para a medição que teria sido observada se a amostra fosse feita de madeira, que possui um δ conhecido13
Valor C
de -25‰.

Uma vez corrigido14
C
/12
C
é conhecida, uma "idade do radiocarbono" é calculada usando:

O cálculo usa 8.033 anos, a vida média derivada da meia-vida de Libby de 5.568 anos, não 8.267 anos, a vida média derivada do valor moderno mais preciso de 5.730 anos. O valor de Libby para a meia-vida é usado para manter a consistência com os primeiros resultados dos testes de radiocarbono; as curvas de calibração incluem uma correção para isso, de modo que a precisão das idades do calendário final informadas é garantida.

Erros e confiabilidade

A confiabilidade dos resultados pode ser melhorada aumentando o tempo de teste. Por exemplo, se contar decaimentos beta por 250 minutos for suficiente para dar um erro de ± 80 anos, com 68% de confiança, então dobrar o tempo de contagem para 500 minutos permitirá uma amostra com apenas metade14
C
a ser medido com o mesmo prazo de erro de 80 anos.

A datação por radiocarbono é geralmente limitada à datação de amostras com menos de 50.000 anos, pois as amostras mais antigas têm14
C
seja mensurável. Datas mais antigas foram obtidas usando técnicas especiais de preparação de amostras, amostras grandes e tempos de medição muito longos. Essas técnicas podem permitir a medição de datas de até 60.000 e em alguns casos até 75.000 anos antes do presente.

As datas de radiocarbono são geralmente apresentadas com um intervalo de um desvio padrão (geralmente representado pela letra grega sigma como 1σ) em ambos os lados da média. No entanto, um intervalo de datas de 1σ representa apenas um nível de confiança de 68%, portanto, a idade real do objeto que está sendo medido pode estar fora do intervalo de datas citado. Isso foi demonstrado em 1970 por um experimento realizado pelo laboratório de radiocarbono do Museu Britânico, no qual medições semanais foram feitas na mesma amostra por seis meses. Os resultados variaram amplamente (embora consistentemente com uma distribuição normal de erros nas medições) e incluíram vários intervalos de datas (de 1σ de confiança) que não se sobrepunham. As medições incluíram uma com um intervalo de cerca de 4.250 a cerca de 4.390 anos atrás, e outra com um intervalo de cerca de 4.520 a cerca de 4.690.

Erros no procedimento também podem levar a erros nos resultados. Se 1% do benzeno em uma amostra de referência moderna evaporar acidentalmente, a contagem de cintilação dará uma idade de radiocarbono muito jovem em cerca de 80 anos.

Calibração

O toco de um pinheiro bristlecone muito velho. Anéis de árvores dessas árvores (entre outras) são usados ​​na construção de curvas de calibração.

Os cálculos dados acima produzem datas em anos de radiocarbono: ou seja, datas que representam a idade que a amostra teria se a14
C
/12
A razão C
tem sido constante historicamente. Embora Libby tivesse apontado já em 1955 a possibilidade de que essa suposição estivesse incorreta, não foi até que as discrepâncias começaram a se acumular entre as idades medidas e as datas históricas conhecidas para artefatos que ficou claro que uma correção precisaria ser aplicada às idades de radiocarbono para obter datas do calendário.

Para produzir uma curva que possa ser usada para relacionar anos de calendário com anos de radiocarbono, é necessária uma sequência de amostras datadas com segurança que possam ser testadas para determinar sua idade de radiocarbono. O estudo dos anéis das árvores levou à primeira dessas sequências: pedaços individuais de madeira apresentam sequências características de anéis que variam em espessura devido a fatores ambientais, como a quantidade de chuvas em um determinado ano. Esses fatores afetam todas as árvores em uma área, portanto, examinar sequências de anéis de árvores de madeira velha permite a identificação de sequências sobrepostas. Desta forma, uma sequência ininterrupta de anéis de árvores pode ser estendida até o passado. A primeira sequência publicada, baseada em anéis de pinheiros bristlecone, foi criada por Wesley Ferguson . Hans Suess usou esses dados para publicar a primeira curva de calibração para datação por radiocarbono em 1967. A curva mostrou dois tipos de variação da linha reta: uma flutuação de longo prazo com um período de cerca de 9.000 anos e uma variação de curto prazo, muitas vezes referida a como "wiggles", com um período de décadas. Suess disse que traçou a linha que mostra as oscilações por " schwung cósmico ", o que significa que as variações foram causadas por forças extraterrestres. Não ficou claro por algum tempo se as manobras eram reais ou não, mas agora estão bem estabelecidas. Essas flutuações de curto prazo na curva de calibração são agora conhecidas como efeitos de Vries, depois de Hessel de Vries .

Uma curva de calibração é usada tomando a data de radiocarbono relatada por um laboratório e lendo a partir dessa data no eixo vertical do gráfico. O ponto onde esta linha horizontal cruza a curva dará a idade do calendário da amostra no eixo horizontal. Este é o inverso da forma como a curva é construída: um ponto no gráfico é derivado de uma amostra de idade conhecida, como um anel de árvore; quando testado, a idade de radiocarbono resultante fornece um ponto de dados para o gráfico.

A curva do hemisfério norte de IntCal20. A partir de 2020, esta é a versão mais recente da curva de calibração padrão. A linha diagonal mostra onde a curva estaria se as idades do radiocarbono e as idades do calendário fossem as mesmas.

Nos trinta anos seguintes, muitas curvas de calibração foram publicadas usando uma variedade de métodos e abordagens estatísticas. Estas foram substituídas pela série de curvas IntCal, começando com IntCal98, publicada em 1998 e atualizada em 2004, 2009, 2013 e 2020. As melhorias nessas curvas são baseadas em novos dados coletados de anéis de árvores, varves , corais , plantas macrofósseis , espeleotemas e foraminíferos . Os dados do IntCal20 incluem curvas separadas para os hemisférios norte e sul, pois diferem sistematicamente devido ao efeito do hemisfério. A curva sul (SHCAL20) é baseada em dados independentes sempre que possível e derivada da curva norte adicionando o deslocamento médio para o hemisfério sul onde não havia dados diretos disponíveis. Há também uma curva de calibração marítima separada, MARINE20. Para um conjunto de amostras formando uma sequência com separação no tempo conhecida, essas amostras formam um subconjunto da curva de calibração. A sequência pode ser comparada com a curva de calibração e a melhor correspondência com a sequência estabelecida. Essa técnica de "combinação de manobras" pode levar a uma datação mais precisa do que é possível com datas individuais de radiocarbono. Wiggle-matching pode ser usado em locais onde há um platô na curva de calibração e, portanto, pode fornecer uma data muito mais precisa do que os métodos de interceptação ou probabilidade são capazes de produzir. A técnica não se restringe a anéis de árvores; por exemplo, uma sequência de tefra estratificada na Nova Zelândia, que se acredita ser anterior à colonização humana das ilhas, foi datada de 1314 AD ± 12 anos por wiggle-matching. As oscilações também significam que a leitura de uma data de uma curva de calibração pode dar mais de uma resposta: isso ocorre quando a curva oscila para cima e para baixo o suficiente para que a idade do radiocarbono intercepte a curva em mais de um lugar, o que pode levar a um resultado de radiocarbono sendo relatados como duas faixas etárias separadas, correspondendo às duas partes da curva que a idade do radiocarbono interceptou.

Técnicas estatísticas bayesianas podem ser aplicadas quando existem várias datas de radiocarbono a serem calibradas. Por exemplo, se uma série de datas de radiocarbono é retirada de diferentes níveis em uma sequência estratigráfica, a análise bayesiana pode ser usada para avaliar datas que são discrepantes e pode calcular distribuições de probabilidade aprimoradas, com base na informação prévia de que a sequência deve ser ordenada no tempo . Quando a análise bayesiana foi introduzida, seu uso era limitado pela necessidade de usar computadores mainframe para realizar os cálculos, mas a técnica já foi implementada em programas disponíveis para computadores pessoais, como o OxCal.

Datas de relatório

Vários formatos para citar resultados de radiocarbono têm sido usados ​​desde que as primeiras amostras foram datadas. A partir de 2019, o formato padrão exigido pela revista Radiocarbon é o seguinte.

Datas não calibradas devem ser relatadas como " laboratório : ano ± intervalo BP", onde:

  • laboratório identifica o laboratório que testou a amostra e o ID da amostra
  • ano é a determinação do laboratório da idade da amostra, em anos de radiocarbono
  • range é a estimativa do laboratório do erro na idade, com confiança de 1σ.
  • 'BP' significa " antes do presente ", referindo-se a uma data de referência de 1950, de modo que "500 BP" significa o ano 1450 AD.

Por exemplo, a data não calibrada "UtC-2020: 3510 ± 60 BP" indica que a amostra foi testada pelo Utrecht van der Graaff Laboratorium ("UtC"), onde possui um número de amostra "2020", e que a data não calibrada a idade é de 3510 anos antes do presente, ± 60 anos. Algumas vezes são usadas formas relacionadas: por exemplo, "10 ka BP" significa 10.000 anos de radiocarbono antes do presente (ou seja, 8.050 aC), e "14
C
yr BP" pode ser usado para distinguir a data não calibrada de uma data derivada de outro método de datação, como termoluminescência .

Calibrado14
As datas C
são frequentemente relatadas como "cal BP", "cal BC" ou "cal AD", novamente com 'BP' referindo-se ao ano de 1950 como a data zero. Radiocarbono oferece duas opções para relatar datas calibradas. Um formato comum é " confiança de intervalo de datas cal ", onde:

  • intervalo de datas é o intervalo de datas correspondente ao nível de confiança fornecido
  • confiança indica o nível de confiança para o intervalo de datas fornecido.

Por exemplo, "cal 1220–1281 AD (1σ)" significa uma data calibrada para a qual a data verdadeira está entre 1220 AD e 1281 AD, com um nível de confiança de '1 sigma', ou aproximadamente 68% . As datas calibradas também podem ser expressas como "BP" em vez de usar "BC" e "AD". A curva usada para calibrar os resultados deve ser a curva IntCal mais recente disponível. As datas calibradas também devem identificar quaisquer programas, como o OxCal, usados ​​para realizar a calibração. Além disso, um artigo da Radiocarbon em 2014 sobre convenções de relatórios de datas de radiocarbono recomenda que sejam fornecidas informações sobre o tratamento da amostra, incluindo o material da amostra, métodos de pré-tratamento e medições de controle de qualidade; que a citação do software utilizado para calibração deve especificar o número da versão e quaisquer opções ou modelos utilizados; e que a data de calibração deve ser fornecida com as probabilidades associadas para cada faixa.

Uso em arqueologia

Interpretação

Um conceito chave na interpretação de datas de radiocarbono é a associação arqueológica : qual é a verdadeira relação entre dois ou mais objetos em um sítio arqueológico? Frequentemente acontece que uma amostra para datação por radiocarbono pode ser retirada diretamente do objeto de interesse, mas também há muitos casos em que isso não é possível. Os bens funerários de metal, por exemplo, não podem ser datados por radiocarbono, mas podem ser encontrados em uma sepultura com um caixão, carvão ou outro material que pode ser presumido ter sido depositado ao mesmo tempo. Nestes casos, uma data para o caixão ou carvão é indicativa da data de deposição dos bens funerários, devido à relação funcional direta entre os dois. Há também casos em que não há relação funcional, mas a associação é razoavelmente forte: por exemplo, uma camada de carvão em uma lixeira fornece uma data que tem relação com a lixeira.

A contaminação é particularmente preocupante quando se datam materiais muito antigos obtidos de escavações arqueológicas e é necessário um grande cuidado na seleção e preparação dos espécimes. Em 2014, Thomas Higham e colegas de trabalho sugeriram que muitas das datas publicadas para artefatos neandertais são muito recentes devido à contaminação por "carbono jovem".

À medida que uma árvore cresce, apenas o anel externo da árvore troca carbono com seu ambiente, de modo que a idade medida para uma amostra de madeira depende de onde a amostra é retirada. Isso significa que as datas de radiocarbono em amostras de madeira podem ser mais antigas do que a data em que a árvore foi derrubada. Além disso, se um pedaço de madeira for utilizado para múltiplos fins, pode haver um atraso significativo entre a derrubada da árvore e o uso final no contexto em que se encontra. Isto é muitas vezes referido como o problema da " madeira velha ". Um exemplo é a pista da Idade do Bronze em Withy Bed Copse, na Inglaterra; a pista foi construída com madeira que claramente havia sido trabalhada para outros fins antes de ser reutilizada na pista. Outro exemplo é a madeira flutuante, que pode ser usada como material de construção. Nem sempre é possível reconhecer a reutilização. Outros materiais podem apresentar o mesmo problema: por exemplo, o betume é conhecido por ter sido usado por algumas comunidades neolíticas para impermeabilizar cestos; a idade de radiocarbono do betume será maior do que é mensurável pelo laboratório, independentemente da idade real do contexto, portanto, testar o material da cesta fornecerá uma idade enganosa se não houver cuidado. Uma questão separada, relacionada à reutilização, é a de uso prolongado ou deposição atrasada. Por exemplo, um objeto de madeira que permanece em uso por um longo período terá uma idade aparente maior do que a idade real do contexto em que foi depositado.

Use fora da arqueologia

A arqueologia não é o único campo a fazer uso da datação por radiocarbono. As datas de radiocarbono também podem ser usadas em geologia, sedimentologia e estudos de lagos, por exemplo. A capacidade de datar amostras minúsculas usando AMS significa que paleobotânicos e paleoclimatologistas podem usar a datação por radiocarbono diretamente em pólen purificado de sequências de sedimentos ou em pequenas quantidades de material vegetal ou carvão. Datas em material orgânico recuperado de estratos de interesse podem ser usadas para correlacionar estratos em diferentes locais que parecem ser semelhantes em termos geológicos. O material de datação de um local fornece informações de data sobre o outro local, e as datas também são usadas para colocar estratos na linha do tempo geológica geral.

O radiocarbono também é usado para datar o carbono liberado dos ecossistemas, particularmente para monitorar a liberação de carbono antigo que foi armazenado anteriormente nos solos como resultado de distúrbios humanos ou mudanças climáticas. Avanços recentes nas técnicas de coleta de campo também permitem a datação por radiocarbono do metano e do dióxido de carbono , que são importantes gases de efeito estufa .

Aplicativos notáveis

Limite do Pleistoceno/Holoceno na Floresta Fóssil de Two Creeks

O Pleistoceno é uma época geológica que começou há cerca de 2,6 milhões de anos. O Holoceno , a época geológica atual, começa há cerca de 11.700 anos, quando termina o Pleistoceno. Estabelecer a data desse limite – que é definido pelo aquecimento climático acentuado – com a maior precisão possível foi um objetivo dos geólogos durante grande parte do século XX. Em Two Creeks , em Wisconsin, uma floresta fóssil foi descoberta ( Two Creeks Buried Forest State Natural Area ), e pesquisas subsequentes determinaram que a destruição da floresta foi causada pelo reaparecimento do gelo de Valders, o último movimento de gelo para o sul antes do final do séc. o Pleistoceno nessa área. Antes do advento da datação por radiocarbono, as árvores fossilizadas eram datadas pela correlação de sequências de camadas de sedimentos depositadas anualmente em Two Creeks com sequências na Escandinávia. Isso levou a estimativas de que as árvores tinham entre 24.000 e 19.000 anos e, portanto, essa foi considerada a data do último avanço da glaciação de Wisconsin antes de seu recuo final marcar o fim do Pleistoceno na América do Norte. Em 1952, Libby publicou datas de radiocarbono para várias amostras do sítio Two Creeks e dois sítios semelhantes próximos; as datas foram calculadas em média para 11.404 BP com um erro padrão de 350 anos. Este resultado não foi calibrado, pois a necessidade de calibração de idades de radiocarbono ainda não foi compreendida. Outros resultados ao longo da próxima década apoiaram uma data média de 11.350 BP, com os resultados considerados os mais precisos com média de 11.600 BP. Houve resistência inicial a esses resultados por parte de Ernst Antevs , o paleobotânico que trabalhou na série varve escandinava, mas suas objeções acabaram sendo descartadas por outros geólogos. Na década de 1990 as amostras foram testadas com AMS, produzindo datas (não calibradas) variando de 11.640 BP a 11.800 BP, ambas com erro padrão de 160 anos. Posteriormente, uma amostra da floresta fóssil foi utilizada em um teste interlaboratorial, com resultados fornecidos por mais de 70 laboratórios. Esses testes produziram uma idade média de 11.788 ± 8 BP (confiança de 2σ) que, quando calibrada, fornece um intervalo de datas de 13.730 a 13.550 cal BP. As datas de radiocarbono de Two Creeks são agora consideradas um resultado chave no desenvolvimento da compreensão moderna da glaciação norte-americana no final do Pleistoceno.

Pergaminhos do Mar Morto

Parte do Grande Rolo de Isaías, um dos Manuscritos do Mar Morto

Em 1947, pergaminhos foram descobertos em cavernas perto do Mar Morto que provaram conter escrita em hebraico e aramaico , a maioria dos quais acredita-se ter sido produzida pelos essênios , uma pequena seita judaica. Esses rolos são de grande importância no estudo dos textos bíblicos porque muitos deles contêm a versão mais antiga conhecida de livros da Bíblia hebraica. Uma amostra do envoltório de linho de um desses rolos, o Grande Rolo de Isaías , foi incluída em uma análise de 1955 por Libby, com uma idade estimada de 1.917 ± 200 anos. Com base em uma análise do estilo de escrita, foram feitas estimativas paleográficas da idade de 21 dos pergaminhos, e amostras da maioria deles, juntamente com outros pergaminhos que não haviam sido datados paleograficamente, foram testados por dois laboratórios da AMS na década de 1990. Os resultados variaram em idade desde o início do século 4 aC até meados do século 4 dC. Em todos, exceto em dois casos, os pergaminhos foram determinados como estando dentro de 100 anos da idade determinada paleograficamente. O rolo de Isaías foi incluído no teste e descobriu-se que tinha dois intervalos de datas possíveis em um nível de confiança de 2σ, devido à forma da curva de calibração naquele ponto: há 15% de chance de datar de 355 a 295 aC, e uma chance de 84% que data de 210 a 45 aC. Posteriormente, essas datas foram criticadas com base no fato de que, antes dos pergaminhos serem testados, eles haviam sido tratados com óleo de rícino moderno para facilitar a leitura da escrita; argumentou-se que a não remoção suficiente do óleo de rícino teria feito com que as tâmaras fossem muito jovens. Vários artigos foram publicados apoiando e se opondo às críticas.

Impacto

Logo após a publicação do artigo de Libby em 1949 na Science , universidades de todo o mundo começaram a estabelecer laboratórios de datação por radiocarbono e, no final da década de 1950, havia mais de 20 laboratórios ativos.14
C
laboratórios de pesquisa. Rapidamente se tornou evidente que os princípios da datação por radiocarbono eram válidos, apesar de certas discrepâncias, cujas causas permaneciam desconhecidas.

O desenvolvimento da datação por radiocarbono teve um impacto profundo na arqueologia – muitas vezes descrito como a "revolução do radiocarbono". Nas palavras do antropólogo R. E. Taylor, "14
Os dados C tornaram possível uma pré-história mundial , contribuindo com uma escala de tempo que transcende as fronteiras locais, regionais e continentais". Fornece datações mais precisas dentro de locais do que os métodos anteriores, que geralmente derivavam de estratigrafia ou de tipologias (por exemplo, de ferramentas de pedra ou cerâmica) ; também permite a comparação e sincronização de eventos em grandes distâncias. O advento da datação por radiocarbono pode até ter levado a melhores métodos de campo em arqueologia, uma vez que um melhor registro de dados leva a uma associação mais firme de objetos com as amostras a serem testadas. Esses métodos de campo aprimorados às vezes eram motivados por tentativas de provar que um14
A data C
estava incorreta. Taylor também sugere que a disponibilidade de informações de datas definidas libertou os arqueólogos da necessidade de concentrar tanto de sua energia na determinação das datas de suas descobertas, e levou a uma expansão das questões que os arqueólogos estavam dispostos a pesquisar. Por exemplo, a partir da década de 1970, as questões sobre a evolução do comportamento humano passaram a ser vistas com muito mais frequência na arqueologia.

A estrutura de datação fornecida pelo radiocarbono levou a uma mudança na visão predominante de como as inovações se espalharam pela Europa pré-histórica. Pesquisadores já haviam pensado que muitas ideias se espalhavam por difusão pelo continente, ou por invasões de povos trazendo consigo novas ideias culturais. À medida que as datações por radiocarbono começaram a provar que essas ideias estavam erradas em muitos casos, tornou-se evidente que essas inovações às vezes devem ter surgido localmente. Isso foi descrito como uma "segunda revolução do radiocarbono" e, no que diz respeito à pré-história britânica, o arqueólogo Richard Atkinson caracterizou o impacto da datação por radiocarbono como "terapia radical" para a "doença progressiva da invasão". Mais amplamente, o sucesso da datação por radiocarbono estimulou o interesse em abordagens analíticas e estatísticas de dados arqueológicos. Taylor também descreveu o impacto do AMS e a capacidade de obter medições precisas de amostras muito pequenas, como o início de uma terceira revolução de radiocarbono.

Ocasionalmente, as técnicas de datação por radiocarbono datam um objeto de interesse popular, por exemplo, o Sudário de Turim , um pedaço de pano de linho que alguns acreditam ter uma imagem de Jesus Cristo após sua crucificação. Três laboratórios separados dataram amostras de linho do Sudário em 1988 ; os resultados apontaram para origens do século XIV, levantando dúvidas sobre a autenticidade do sudário como uma suposta relíquia do século I.

Pesquisadores estudaram outros isótopos radioativos criados por raios cósmicos para determinar se eles também poderiam ser usados ​​para auxiliar na datação de objetos de interesse arqueológico; tais isótopos incluem3
Ele
,10
Seja
,21
Não
,26
Al
, e36
Cl
. Com o desenvolvimento da AMS na década de 1980, tornou-se possível medir esses isótopos com precisão suficiente para serem a base de técnicas úteis de datação, que foram aplicadas principalmente à datação de rochas. Os isótopos radioativos de ocorrência natural também podem formar a base dos métodos de datação, como a datação de potássio-argônio, a datação de argônio-argônio e a datação de séries de urânio . Outras técnicas de datação de interesse para os arqueólogos incluem termoluminescência , luminescência opticamente estimulada , ressonância de spin de elétrons e datação por trilha de fissão , bem como técnicas que dependem de bandas ou camadas anuais, como dendrocronologia , tefrocronologia e cronologia de varvas .

Veja também

Notas

Referências

Este artigo foi submetido ao WikiJournal of Science para revisão acadêmica externa em 2017 ( relatórios de revisores ). O conteúdo atualizado foi reintegrado na página da Wikipedia sob uma licença CC-BY-SA-3.0 ( 2018 ). A versão do registro revisada é: Mike Christie; et ai. (1 de junho de 2018). "Datação por radiocarbono" (PDF) . WikiJournal of Science . 1 (1): 6. doi : 10.15347/WJS/2018.006 . ISSN  2470-6345 . Wikidata  Q55120317 .

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