Ciência da Terra

objectivos da lição

• definem a diferença entre a idade absoluta e a idade relativa.descreve quatro métodos de datação absoluta.explique o que é a radioactividade e dê exemplos de decaimento radioactivo.explique como o decaimento de materiais radioativos ajuda a estabelecer a idade de um objeto.estima-se a idade de um objecto, dada a semi-vida e a quantidade de materiais radioactivos e derivados.,dê quatro exemplos de materiais radioativos que são usados até a data de objetos, e explique como cada um é usado.nas regiões fora dos trópicos, as árvores crescem mais rapidamente durante os meses quentes de Verão do que durante o inverno mais frio. Este padrão de crescimento resulta em bandas alternadas de “madeira primitiva” de cor clara, de baixa densidade e “madeira tardia”de alta densidade escura. Cada faixa escura representa um inverno; contando anéis é possível encontrar a idade da árvore (figura 11.22)., A largura de uma série de anéis de crescimento pode dar pistas para climas passados e várias interrupções, tais como incêndios florestais. Secas e outras variações no clima fazem a árvore crescer mais lento ou mais rápido do que o normal, que aparece nas larguras dos anéis das árvores. Estas variações de anéis de árvores irão aparecer em todas as árvores que crescem numa determinada região, para que os cientistas possam igualar os anéis de crescimento de árvores vivas e mortas. Usando troncos recuperados de edifícios antigos e ruínas antigas, os cientistas têm sido capazes de comparar anéis de árvores para criar um registro contínuo de anéis de árvores nos últimos 2.000 anos., Este registro de anel de árvore provou ser extremamente útil na criação de um registro de mudanças climáticas, e na descoberta da Idade das estruturas antigas.

  figura 11.22: secção transversal que mostra anéis de crescimento. A parte espessa e colorida de cada anel representa o rápido crescimento da primavera e do verão. A parte fina e escura de cada anel representa o crescimento lento do outono e do inverno.vários outros processos resultam na acumulação de camadas anuais distintas que podem ser utilizadas para a datação., Por exemplo, camadas formam-se dentro de geleiras porque tende a haver menos queda de neve no verão, permitindo que uma camada escura de poeira se acumule no topo da neve de Inverno (figura 11.23). Para estudar estes padrões, os cientistas perfuram fundo em lençóis de gelo, produzindo núcleos de centenas de metros de comprimento. Os cientistas analisam estes núcleos de gelo para determinar como o clima mudou ao longo do tempo, bem como para medir as concentrações de gases atmosféricos. Os núcleos mais longos ajudaram a formar um registro de clima polar que se estende centenas de milhares de anos atrás.,

  

  figura 11.23: secção do núcleo de gelo que apresenta camadas anuais.outro exemplo de camadas anuais é a deposição de sedimentos em lagos, especialmente os lagos que estão localizados no final dos glaciares. A fusão rápida do glaciar no verão resulta num depósito espesso e arenoso de sedimentos. Estas camadas espessas alternam-se com camadas finas e ricas em argila depositadas durante o inverno. As camadas resultantes, chamadas varves, dão aos cientistas pistas sobre as condições climáticas passadas., Por exemplo, um verão especialmente quente pode resultar em uma camada muito espessa de sedimentos depositados do glaciar derretido. Varves mais finos podem indicar verões mais frios, porque o glaciar não derrete tanto e transporta tanto sedimento para o lago.

  a Idade da Terra

  

  Figura 11.24: Lord Kelvin.embora os anéis das árvores e outras camadas anuais sejam úteis para a datação de eventos relativamente recentes, não são de grande utilidade na vasta escala do tempo geológico., Durante os séculos XVIII e XIX, os geólogos tentaram estimar a idade da terra com técnicas indiretas. Por exemplo, os geólogos mediram a rapidez com que as correntes depositavam sedimentos, a fim de tentar calcular quanto tempo a corrente tinha existido. Não surpreendentemente, estes métodos resultaram em estimativas muito diferentes, de alguns milhões de anos a”quadrilhões de anos”. Provavelmente a mais confiável dessas estimativas foi produzida pelo geólogo britânico Charles Lyell, que estimou que 240 milhões de anos se passaram desde o aparecimento dos primeiros animais com conchas., Hoje os cientistas sabem que sua estimativa era muito jovem; sabemos que isso ocorreu cerca de 530 milhões de anos atrás.em 1892, William Thomson (mais tarde conhecido como Lord Kelvin) calculou a idade da terra de forma sistemática (figura 11.24). Ele assumiu que a terra começou como uma bola de rocha derretida, que tem arrefecido constantemente ao longo do tempo. A partir dessas suposições, ele calculou que a terra tinha 100 milhões de anos. Esta estimativa foi um golpe para os geólogos e apoiadores da teoria da evolução de Charles Darwin, que exigia uma terra mais antiga para proporcionar tempo para a evolução acontecer.,os cálculos de Thomson, no entanto, logo mostraram ser imperfeitos quando a radioatividade foi descoberta em 1896. A radioatividade é a tendência de certos átomos decaírem em átomos mais leves, emitindo energia no processo. Os materiais radioactivos no interior da terra fornecem uma fonte estável de calor. Cálculos da Idade da Terra usando decaimento radioativo mostraram que a terra é realmente muito mais velha do que Thomson calculou.

  decaimento radioativo

  a descoberta de materiais radioativos fez mais do que refutar a estimativa de Thomson da Idade da Terra., Forneceu uma maneira de encontrar a idade absoluta de uma rocha. Para entender como isso é feito, é necessário rever alguns fatos sobre os átomos.os átomos contêm três partículas: prótons, nêutrons e elétrons. Prótons e nêutrons estão localizados no núcleo, enquanto elétrons orbitam em torno do núcleo. O número de prótons determina que elemento você está examinando. Por exemplo, todos os átomos de carbono têm seis prótons, todos os átomos de oxigênio têm oito prótons, e todos os átomos de ouro têm 79 prótons. O número de neutrões, no entanto, é variável., Um átomo de um elemento com um número diferente de nêutrons é um isótopo desse elemento. Por exemplo, o isótopo carbono-12 contém 6 nêutrons em seu núcleo, enquanto o isótopo carbono-13 tem 7 nêutrons.alguns isótopos são radioativos, o que significa que são instáveis e provavelmente decaem. Isto significa que o átomo irá mudar espontaneamente de uma forma instável para uma forma estável. Existem duas formas de decaimento nuclear que são relevantes em como os geólogos podem datar rochas (Tabela 11.,1):

  Partícula	Composição	Efeito no Núcleo
  Alpha	2 prótons, 2 nêutrons	O núcleo contém menos dois prótons e dois menos nêutrons.
  Beta	1 elétron	Um nêutron decai para formar um próton e um elétron, que é emitida.

  Se um elemento decai por perder uma partícula alfa, perderá 2 protões e 2 neutrões., Se um átomo decai ao perder uma partícula beta, perde apenas um electrão.o que é que isto tem a ver com a idade da Terra? O decaimento radioativo eventualmente resulta na formação de produtos de filha estáveis. Os materiais radioactivos decaem a taxas conhecidas. Com o passar do tempo, a proporção de isótopos radioativos diminuirá e a proporção de isótopos-filha aumentará. Uma rocha com uma proporção relativamente elevada de isótopos radioativos é provavelmente muito jovem, enquanto uma rocha com uma elevada proporção de produtos derivados é provavelmente muito antiga.,os cientistas medem a taxa de decaimento radioactivo com uma unidade chamada semi-vida. A semi-vida de uma substância radioativa é a quantidade de tempo, em média, que leva para metade dos átomos para decair. Por exemplo, imaginem uma substância radioactiva com meia-vida de um ano. Quando uma rocha é formada, ela contém um certo número de átomos radioativos. Após um ano (meia-vida), metade dos átomos radioativos decaíram para formar produtos filha estáveis, e 50% dos átomos radioativos permanecem., Depois de mais um ano (duas meias-vidas), metade dos átomos radioativos restantes decaíram, e 25% dos átomos radioativos permanecem. Após o terceiro ano (três semi-vidas), 12,5% dos átomos radioativos permanecem. Depois de quatro anos (quatro meias-vidas), de 6,25% dos átomos radioativos permanecem, e depois de 5 anos (cinco meias-vidas), apenas 3.125% dos átomos radioativos permanecem.se encontrar uma rocha cujo material radioactivo tem uma meia vida de um ano e mede 3,125% de átomos radioactivos e 96,875% de átomos da filha, pode assumir-se que a substância tem 5 anos., O decaimento de materiais radioativos pode ser mostrado com um gráfico (figura 11.25). Se encontrares uma rocha com 75% dos átomos radioactivos restantes, que idade tem?

  

  figura 11.25: Decaimento de uma substância radioactiva imaginária com uma semi-vida de um ano.

  datação radiométrica de rochas

  no processo de datação radiométrica, vários isótopos são usados até à data de rochas e outros materiais. O uso de vários isótopos diferentes ajuda os cientistas a verificar a precisão das idades que eles calculam.,a atmosfera terrestre contém três isótopos de carbono. O carbono-12 é estável e representa 98,9% do carbono atmosférico. O carbono-13 também é estável e representa 1,1% do carbono atmosférico. Carbono-14 é radioativo e é encontrado em pequenas quantidades. Carbono-14 é produzido naturalmente na atmosfera quando os raios cósmicos interagem com átomos de nitrogênio. A quantidade de carbono-14 produzida na atmosfera em determinado momento tem sido relativamente estável ao longo do tempo.

  carbono radioativo-14 decai para nitrogênio-14 estável libertando uma partícula beta., Os átomos de nitrogênio são perdidos para a atmosfera, mas a quantidade de decaimento de carbono-14 pode ser estimada medindo a proporção de carbono radioativo-14 para carbono estável-12. Como uma substância envelhece, a quantidade relativa de carbono-14 diminui.o carbono é removido da atmosfera pelas plantas durante o processo de fotossíntese. Os animais consomem este carbono quando comem plantas ou outros animais que comeram plantas. Por conseguinte, a datação por carbono-14 pode ser utilizada até à data de restos de plantas e animais. Exemplos incluem madeiras de um antigo edifício, ossos ou cinzas de um poço de fogo., A datação por carbono pode ser efetivamente usada para encontrar a idade dos materiais entre 100 e 50 mil anos de idade.

  potássio-argônio datando

  potássio-40 decai para argônio-40 com uma semi-vida de 1,26 bilhões de anos. Como argônio é um gás, ele pode escapar de magma derretido ou lava. Portanto, qualquer argônio que é encontrado em um cristal provavelmente formado como resultado do decaimento de potássio-40. Medir a razão de potássio-40 a argônio-40 produzirá uma boa estimativa da Idade da amostra.

  potássio é um elemento comum encontrado em muitos minerais como feldspato, mica e anfibole., A técnica pode ser usada para datar rochas ígneas de 100.000 anos a mais de um bilhão de anos de idade. Como pode ser usado até hoje em materiais geologicamente jovens, a técnica tem sido útil para estimar a idade dos depósitos contendo os ossos dos ancestrais humanos.

  Data do chumbo de urânio

  dois isótopos de urânio são utilizados para a datação radiométrica. O urânio-238 decai para formar o chumbo-206 com uma semi-vida de 4,47 bilhões de anos. O urânio-235 decai para formar o chumbo-207 com uma meia-vida de 704 milhões de anos.a datação do chumbo do urânio é geralmente realizada em cristais do zircão mineral (Figura 11).,26). Quando zircão se forma em uma rocha ígnea, os cristais aceitam prontamente átomos de urânio, mas rejeitam átomos de chumbo. Portanto, se qualquer chumbo é encontrado em um cristal de zircão, pode-se assumir que foi produzido a partir do decaimento de urânio.

  

  Figura 11.26: cristal de Zircão.

  a datação do chumbo de urânio pode ser usada até à data de rochas ígneas de 1 milhão de anos a cerca de 4,5 mil milhões de anos de idade. Algumas das rochas mais antigas da Terra foram datadas usando este método, incluindo cristais de zircão da Austrália que têm 4,4 bilhões de anos de idade.,as limitações da datação radiométrica só podem ser utilizadas em materiais que contenham quantidades mensuráveis de materiais radioactivos e respectivos produtos derivados. Isto inclui restos orgânicos (que em comparação com rochas são relativamente jovens, com menos de 100.000 anos) e rochas mais velhas. Idealmente, várias técnicas radiométricas diferentes serão utilizadas até à data da mesma rocha. A concordância entre estes valores indica que a idade calculada é exata.,

  em geral, a datação radiométrica funciona melhor para rochas ígneas e não é muito útil para determinar a idade das rochas sedimentares. Para estimar a idade de um depósito de rochas sedimentares, geólogos procuram por rochas ígneas próximas ou entrelaçadas que podem ser datadas. Por exemplo, se uma camada de rocha sedimentar estiver entre duas camadas de cinzas vulcânicas, sua idade está entre as idades das duas camadas de cinzas.

  Usando uma combinação de datação radiométrica, fósseis de índice e superposição, geólogos construíram uma linha do tempo bem definida da história da Terra., Por exemplo, um fluxo de lava sobrelotado pode dar uma estimativa confiável da idade de uma formação de rochas sedimentares em um local. Fósseis Index contidos nesta formação podem então ser comparados a fósseis em um local diferente, proporcionando uma boa medida de idade para essa nova formação rochosa também. À medida que este processo foi repetido em todo o mundo, as nossas estimativas de idades rochosas e fósseis tornaram-se cada vez mais precisas.

  Resumo da lição

  técnicas como superposição e fósseis de índices podem dizer-lhe a idade relativa dos objetos, quais objetos são mais velhos e quais são mais jovens., Outros tipos de evidência são necessários para estabelecer a idade absoluta dos objetos em anos. Geólogos usam uma variedade de técnicas para estabelecer a idade absoluta, incluindo datação radiométrica, anéis de árvores, núcleos de gelo e depósitos sedimentares anuais chamados varves.

  a datação radiométrica é a mais útil destas técnicas-é a única técnica que pode estabelecer a idade dos objetos com mais de alguns milhares de anos. As concentrações de vários isótopos radioativos (carbono-14, potássio-40, urânio-235 e -238) e seus produtos derivados são usados para determinar a idade das rochas e restos orgânicos.,que quatro técnicas são usadas para determinar a idade absoluta de um objeto ou evento?uma substância radioactiva tem uma semi-vida de 5 milhões de anos. Qual é a idade de uma rocha na qual 25% dos átomos radioativos originais permanecem?um cientista está a estudar um pedaço de tecido de um antigo cemitério. Ela determina que 40% dos átomos de carbono-14 originais permanecem no tecido. Baseado no grafo de decaimento de carbono (figura 11.27), Qual é a idade aproximada do tecido?

  

  Figura 11.,27: decaimento radioativo do carbono-14

• Qual isótopo radioativo ou isótopos você usaria até à data cada um dos seguintes objetos? Explique cada uma das suas escolhas.um pedaço de granito com 4 mil milhões de anos.uma cama de cinzas vulcânicas com um milhão de anos que contém pegadas de hominídeos (antepassados humanos).o pêlo de um mamute lanoso recentemente recuperado congelado num glaciar.um trilobito fossilizado recuperado de um leito de arenito com cerca de 500 milhões de anos.,

vocabulário

idade absoluta a idade de um objecto em anos. partícula alfa constituída por dois protões e dois neutrões que são ejetados do núcleo durante o decaimento radioativo., partícula beta consistindo de um único elétron que é ejetado do núcleo durante o decaimento radioativo. Uma partícula beta é criada quando um nêutron decai para formar um próton e o elétron emitido. Produto Derivado substância estável que é produzido pelo decaimento de uma substância radioativa. Por exemplo, o urânio-238 decai para produzir chumbo-207. tempo de semi-vida necessário para que metade dos átomos de uma substância radioactiva se deteriore e forme produtos derivados. cilindro do núcleo de gelo extraído de um glaciar ou manto de gelo., substância radioactiva instável e susceptível de emitir partículas energéticas e radiação. emissão radioactiva de partículas de alta energia e/ou radiação por determinados átomos instáveis. processo de datação radiométrica que consiste em utilizar as concentrações de substâncias radioactivas e produtos derivados para estimar a idade de um material. À medida que as substâncias envelhecem, as quantidades de átomos radioativos diminuem, enquanto as quantidades de materiais derivados aumentam. camada de anel de árvore de madeira em uma árvore que se forma em um ano. Você pode determinar a idade de uma árvore contando seus anéis., varve fina camada de sedimento depositado em um lago ao longo de um ano, geralmente encontrado no fundo dos lagos glaciais. Por Que técnicas como anéis de árvores, núcleos de gelo e varves só são úteis para eventos que ocorreram nos últimos milhares de anos?por que foi tão importante para Darwin e seus seguidores provar que a terra era muito antiga?por que é importante usar mais de um método para encontrar a idade de uma rocha ou outro objeto?