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Introdução aos
métodos de datação
Oswaldo Baffa
Departamento de Física e Matemática
FFCLRP-USP
Por que datar ?
• Em ciência e na vida cotidiana algumas
perguntas freqüentes são:
– Como ?
– Onde ?
– Por quê ?
– Quando ?
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
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…
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.
O movimento periódico
dos astros serviu no
passado para marcar a
passagem do tempo.
Encontram-se vestígios
em todas as civilizações
conhecidas.
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
Curioso “relógio” em exposição
no museu de ciências de Tóquio
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).
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.
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
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
Os cristais de
quartzo do
relógios de pulso
possuem várias
formas e
frequências de
Warren Marrison desenvolveu o primeiro
relógio de quartzo em 1927.
Relógio Atômico-Césio-133
1957- 1segundo=9.192.631.770 oscilações do
Césio-133
Satélite para Transmissão de
Padrões de Tempo
O padrão de tempo é
fundamental na era da eletrônica
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
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
• Série Urânio e
Tório utilizadas
para datação.
Partículas alfa e
beta são
emitidas. As
caixas em verde
são dos
isótopos
utilizados para
datação.
Radiações
Ionizantes Efeitos das
Ikeya, 1993
Dosimetria por Luminescência
Detector de Radiação
(cristal isolante)
EXPOSIÇÃO à
RADIAÇÃO
\
Adaptado de E. Yukihara – OK State
Dosimetria por Luminescência
ARMAZENAMENTO
Adaptado de E. Yukihara – OK State
Dosimetria por Luminescência
Emissão
de luz
(e.g.,
azul, UV)
LEITURA
Estimulação
térmica
(aquecimento)
Adaptado de E. Yukihara – OK State
Dosimetria por Luminescência
Estimulação
por luz
(verde)
Emissão
de luz (azul, UV)
LEITURA
Adaptado de E. Yukihara – OK State
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
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)
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
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
Espectroscopia de Ressonância
Spin Eletrônica
E
Hr
h
+½gH
-½gH
H
[Swartz, 1972]
rHghE
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
Espectrômetro de ESR
Banda- K (24 GHz)
Etapas para a obtenção da dose
arqueológica
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]
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,
Como Calibrar a Escala de Tempo?
M. Ikeya. New Applications of Electron Spin
Resonance. Dating Dosimetry and
Microscopy. World Scientific, 1993
• Interação da
radiação
com os
fósseis
Extraído de
R. Grün 2006
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
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
Faixas aproximadas dos métodos
de datação.
(adaptado de Rink, 1997)
Datação de Sambaquis
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
Caverna
Botuverá Santa
Catarina
• Dissolução do solo:
CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2
Resultados
Tempo: 3.000
anos
De fósseis para os
Animais
Fósseis de Ponta da
Flecha- Vale do Ribeira-
SP
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^
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
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
Fazenda Logradouro, Inço,
Fazenda Nova, Pernambuco
Dentes
Megafauna Brasileira
Amostras de
dente de
Haplomastodom
e
Macraucheniidae
de Puxinanã
(PB)
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(**)
Pedra Furada-Parque Nacional
da Serra da Capivara
Baixão da Pedra Furada
Baixão da Pedra Furada
Pinturas -São Raimundo
Nonato
Boqueirão da Pedra Furada Toca do Serrote da Bastiana com
depósitos de calcita
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
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 ???
Toca da Santa
Toca da Santa
Idade: (5.700 ± 200) anos
Toca das Moendas
Toca das Moendas
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