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Introdução aos
métodos de datação
Oswaldo Baffa
Departamento de Física e Matemática
FFCLRP-USP
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Por que datar ?
• Em ciência e na vida cotidiana algumas
perguntas freqüentes são:
– Como ?
– Onde ?
– Por quê ?
– Quando ?
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Fonte: Folha de São Paulo-20/05/2008 - 09h02
Estudo de ocupação da América revê identidade de Luzia
CLAUDIO ANGELO-Editor de Ciência da Folha de S.Paulo
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Uma digreção:
Mas afinal o que é o tempo ?
Como medir o tempo?
• Vejamos o dicionário Aurélio- esse substantivo (um
dos mais longos verbetes) aparece adjetivado em
pelo menos 40 situações! Trata-se de termo
complexo, que até mesmo um dicionário, que deve
ser sintético, encontra dificuldades em definir.
– A sucessão dos anos, dos dias, das horas, etc..., que
para o homem envolve a noção de presente, passado e
futuro, ou... O tempo é um meio contínuo e indefinido no
qual os acontecimentos parecem suceder-se em
momentos irreversíveis.. Alguns dizem afirmam que
tempo é aquilo que acontece quando nada acontece !
Nada muito informativo…
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A Física e o Tempo
• Como ciência experimental quantitativa a Físicatem na medida do tempo um de seus pilarespara expressar quantitativamente os seusresultados. Muitas Unidades que no passadotinham uma definição independente, hoje sãoreferenciados ao tempo. A unidade de tensãoelétrica por exemplo, ou o Volt, já foi definida emfunção de uma célula eletrolítica padrão, emodernamente é referenciada em termos umafreqüência produzida em um Junção Josephson,portanto em relação ao tempo.
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O movimento periódico
dos astros serviu no
passado para marcar a
passagem do tempo.
Encontram-se vestígios
em todas as civilizações
conhecidas.
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Atividades religiosas e sociais necessitavam de uma
demarcação do tempo ao longo dos dias e relógios mais
sensíveis foram desenvolvidos
egípcios
~3.500 AC
Su Sung
1088 DC
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Curioso “relógio” em exposição
no museu de ciências de Tóquio
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O Experimento de GalileuNascimento da Física
Galileu utilizou o seu próprio
pulso como uma base de
tempo. Soltando uma esfera
em um plano inclinado,
observou que a distância ao
longo do plano marcada nos
tempos 1, 2, 3, ... era de 1,
4, 9, .... unidades. Com isso
foi possível estabelecer que
a distância D percorrida era
proporcional ao tempo
elevado ao quadrado (D
t2).
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Relógios Mecânicos
• A Idade Média foi pródiga no
desenvolvimento de relógios mecânicos.
A maioria deles baseava-se no
movimento de um peso e um
mecanismo de escape. Esses
instrumentos não tinham muita precisão,
devido ao atrito e falta de controle da
força aplicada.
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Relógios com Pêndulo
• Galileu foi o primeiro a estudar o movimento pendular e mostrar que o seu período era dado pela relação:
• Sanctorius (1602)-Propos o Pulsologium- o período de pulsação é medido pelo comprimento do pêndulo.
g
lT
2
1
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Christiaan Huygens
• Em 1656- Construiu o primeiro relógio a
pêndulo com uma precisão de 1
minuto/dia
• Em 1675- Construiu um oscilador baseado
em um sistema mola-roda que permitiu a
construção de relógios com uma precisão
de 10 minutos/dia
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Os cristais de
quartzo do
relógios de pulso
possuem várias
formas e
frequências de
Warren Marrison desenvolveu o primeiro
relógio de quartzo em 1927.
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Relógio Atômico-Césio-133
1957- 1segundo=9.192.631.770 oscilações do
Césio-133
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Satélite para Transmissão de
Padrões de Tempo
O padrão de tempo é
fundamental na era da eletrônica
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Como medir o tempo?
Métodos de Datação
Decaimento
Radioativo, Taxa de
Dose
U, Th, K, 14C
Temperatura
Crescimento
Cristalização
Concentração
de Radicais
Livres (ESR)
DisparoControle
Mostrador
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C-14 e outros materiaisC-14
produzido na
alta atmosfera
por raios
cósmicos. U238
e Th232 e K40
produzem
radiação , e
Adaptado de
Ikeya, 1993
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• Série Urânio e
Tório utilizadas
para datação.
Partículas alfa e
beta são
emitidas. As
caixas em verde
são dos
isótopos
utilizados para
datação.
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Radiações
Ionizantes Efeitos das
Ikeya, 1993
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Dosimetria por Luminescência
Detector de Radiação
(cristal isolante)
EXPOSIÇÃO à
RADIAÇÃO
\
Adaptado de E. Yukihara – OK State
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Dosimetria por Luminescência
ARMAZENAMENTO
Adaptado de E. Yukihara – OK State
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Dosimetria por Luminescência
Emissão
de luz
(e.g.,
azul, UV)
LEITURA
Estimulação
térmica
(aquecimento)
Adaptado de E. Yukihara – OK State
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Dosimetria por Luminescência
Estimulação
por luz
(verde)
Emissão
de luz (azul, UV)
LEITURA
Adaptado de E. Yukihara – OK State
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Dosimetria por Luminescência
Detetores Luminescentes
Opticamente Estimulados
(OSLDs): Al2O3:CEstimulação
por Luz
( verde)Emissão
de luz (azul, UV)
LEITURA
Estimulação
térmica (aquecimento)
DetetoresTermoluminescentes
(TLDs):
LiF:Mg,Ti, CaF2
Adaptado de E. Yukihara – OK State
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Dosimetria por TL
100 200 300 4000
1
2
3
4
5
6
7
L
ight
Inte
nsity (
arb
. un
its)
Temperature (ºC)
Proporcional
à dose
radiaçãoInte
nsid
ade
de L
uz
Temperatura (oC)
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Dosimetria por OSL ou LOE
0 100 200 300 400 500 6000
100
200
300
400
Lig
ht
Inte
nsity (
arb
. units)
Time (s)
Proporcional à
dose radiação
Tempo
Inte
nsid
ade
de L
uz
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Quantidade medida
Radiação
ionizante
• Fótons com alta energia (Raios-X e gama)
• Partículas carregadas com alta energia (elétrons, prótons, núcleos )
• Nêutrons
Energia média depositada no materialDose absorvida =
massa do material
[J kg-1 = Gy]
dm
dD
0 1 2 3 4 50
2
4
6
8
10
2.5
mGy
5
Dose of radiation (mGy)
Lig
ht In
tensity
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Espectroscopia de Ressonância
Spin Eletrônica
E
Hr
h
+½gH
-½gH
H
[Swartz, 1972]
rHghE
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Parâmetros: H0= 325 mT (3250 G); H= 20 mT (200 G)
e 4 mT (40 G); t = 2 min; f 9.09 GHz; fm = 100
kHz; P : 5-200 mW; Hm: 0.05-1.6 mT (0.5- 16 G).
Espectrometro de ESR Banda X
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Espectrômetro de ESR
Banda- K (24 GHz)
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Etapas para a obtenção da dose
arqueológica
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Método da dose aditiva
D0 = ???
D0 +D1
A0
D0 +D1+ D2
D0 +D1+ D2 + D3
A1
A2
A3
D0
Amplitude
Dose
A0
D1 D2 D3
A1
A2
A3
[Ikeya,1993]
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Ajuste linear (A) e exponencial (B) para a
curva da intensidade RSE em função da
Dose Aditiva.
-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
I(Q)=I0(1+Q/AD)
(Q = D,t,)
(A)
Futuro
t,(h)
Passado
t (103anos)
Dt
AD
Inte
nsid
ad
e
Dose Aditiva D,t,
-10 0 10 20 30 40 50
(B)
Is
I=Is[1-e
-(Q+AD)/SD]
(Q=D,t,)
Futuro
t,(h)
Passado
t (103anos)
Inte
nsid
ade
AD
Dt Dose Aditiva D,t,
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Como Calibrar a Escala de Tempo?
M. Ikeya. New Applications of Electron Spin
Resonance. Dating Dosimetry and
Microscopy. World Scientific, 1993
![Page 38: Introdução aos métodos de datação - The Y Theory · portanto em relação ao tempo. O movimento periódico dos astros serviu no passado para marcar a ... Amplitude Dose A 0 D](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020318/5bf4edc509d3f237308b7d03/html5/thumbnails/38.jpg)
• Interação da
radiação
com os
fósseis
Extraído de
R. Grün 2006
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Datação por ESR
Raios Cósmicos : 0,25 mGy/ano
Dan 238U; 232Th; 40K concentração
K2O (1%) 0,0678 mGy/ano (raios )
0,2030 mGy/ano(raios )
Equilíbrio radioativo :
1 ppm 238U Dan = 0,0628794 Ei
1 ppm 232Th Dan = 0,00205514 Ei
anD
ADIdade
AD = Dose Acumulada
Dan = Taxa de Dose Anual
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Curva de Calibração --ED
versus Idade Conhecida
Pet-Petralona, Aki-
Akiyoshi, Do-Doura,
Pek-Peking, Ya-
Yamashita-cho, Am-
Amud, Hei-
Heidelberg, J(P)-
Jawa-Puchangan,
St-Steinheim, K-
Kamakura-era, Jo-
Jomon-era
Extraído de Ikeya,
1993
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Faixas aproximadas dos métodos
de datação.
(adaptado de Rink, 1997)
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Datação de Sambaquis
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Espectro de ESR de um pedaço
de osso Fóssil ~ 2Ka
280 300 320 340 360 380 400
40
60
80
100
120
Dating Signal
Mn2+
Inte
nsity (
A.U
.)
Magnetic Field (mT)
-2 0 2 4 6 8 10-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
B
A
Intensidade
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Caverna
Botuverá Santa
Catarina
• Dissolução do solo:
CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2
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Resultados
Tempo: 3.000
anos
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De fósseis para os
Animais
Fósseis de Ponta da
Flecha- Vale do Ribeira-
SP
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Sinais de ESR de
Dentina e Esmalte
332 334 336 338 340 342 344
-4.0x10-6
-3.0x10-6
-2.0x10-6
-1.0x10-6
0.0
1.0x10-6
2.0x10-6
3.0x10-6
332 334 336 338 340 342 344
-5.0x10-6
0.0
5.0x10-6
1.0x10-5
1.5x10-5
332 334 336 338 340 342 344
-1.5x10-5
-1.0x10-5
-5.0x10-6
0.0
5.0x10-6
1.0x10-5
1.5x10-5
2.0x10-5
332 334 336 338 340 342 344
-6.0x10-5
-4.0x10-5
-2.0x10-5
0.0
2.0x10-5
4.0x10-5
6.0x10-5
8.0x10-5
1.0x10-4
1.2x10-4
ESR
Sign
al (V
olts)
ESR
Sign
al (V
olts)
ESR
Sign
al (V
olts)
ESR
Sign
al (V
olts)
Dentine + 0 Gy Dentine + 100 Gy
Magnetic Field (mT)Magnetic Field (mT)
Enamel + 0 Gy
Magnetic Field (mT)
Enamel + 100 Gy
Magnetic Field (mT)
g//
g^
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Crescimento do sinal de ESR de um
dente pre-molar deToxodon platensis (sp)
-20 0 20 40 60 80 100
0
2
4
6
8
10
12
14
16
-20 0 20 40 60 80 100
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
ES
R S
igna
l (A
.U.)
Dose (Gy)
Dose (Gy)
Dentine
ES
R S
igna
l (A
.U.) Enamel
ADDIDI /1)( 0
Irradiado com 60Co
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Megafauna Brasileira
Haplomastodon waringi (Holland) Xenorhinotherium (Cartele & Lessa )
ESR DATING AT K AND X BAND OF NORTHEASTERN BRAZILIAN MEGAFAUNA
Angela Kinoshita, Alcina Magnólia Franca, José Augusto Costa de Almeida, Ana Maria Figueiredo, Patricia
Nicolucci, Carlos F. O. Graeff1 and Oswaldo Baffa
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Fazenda Logradouro, Inço,
Fazenda Nova, Pernambuco
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Dentes
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Megafauna Brasileira
Amostras de
dente de
Haplomastodom
e
Macraucheniidae
de Puxinanã
(PB)
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Idades, taxa de dose e Dose total
(Dt) de dentes
Amostra AD
(Gy)
EU
idade
(ka)
EU Dt
(mGy/a)
LU
idade
(ka)
LU Dt
mGy/a
Haplomastodon 1* 213 305 70410 406 5184
Haplomastodon 1** 265 367 72710 4910 5305
Haplomastodon 2 224 397 5708 499 4525
Xenorhinotherium 266 399 6728 5212 5045
Dose Gama+ Raios Cósmicos = 250 Gy/ano
Idades calculadas com a AD obtida através de espectros em X-Banda
X (*) e Banda K(**)
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Pedra Furada-Parque Nacional
da Serra da Capivara
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Baixão da Pedra Furada
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Baixão da Pedra Furada
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Pinturas -São Raimundo
Nonato
Boqueirão da Pedra Furada Toca do Serrote da Bastiana com
depósitos de calcita
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Amostra de Calcita
Toca do Serrote da Bastiana-Piauí
0 10 20 30 40 50 60 70
0
20
40
60
80
100
120
140
Lin
(C
ounts
)
2q (degrees)
Calcite- Toca do Serrote da Bastiana
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Espectro de ESR
Calcita Toca do Serrote da Bastiana
2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000
-0.000004
-0.000002
0.000000
0.000002
0.000004
0.000006
0.000008 ~ 350 Gy
20 Gy
Y A
xis
Title
X axis title
3260 3280 3300 3320 3340 3360 3380 3400 3420 3440 3460 3480
-0.000002
-0.000001
0.000000
0.000001
0.000002
0.000003
0.000004
0.000005
~350 Gy
20 Gy
Y A
xis
Title
X axis title
AD= 25 Gy → 25 ka ???
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Toca da Santa
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Toca da Santa
Idade: (5.700 ± 200) anos
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Toca das Moendas
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Toca das Moendas
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Agradecimentos
• Sérgio Mascarenhas
• Angela Kinoshita-USC-Bauru
• Niéde Guidon -FUDHAM
• Patricia Nicolucci- FFCLRP- USP
• Alcina Franca-UFPe
• Luiz Carlos de Oliveira-USP
• Flávio Augusto José-USP
• Carlos Brunello e Lourenço Rocha- Apoio técnico-FFCLRP-USP
Apoio Financeiro:
FAPESP
CNPq
CAPES