Datação por radiocarbono de conchas, corais e CaCO₃

Os laboratórios de espectrometria de massa com aceleradores (EMA) freqüentemente recebem conchas para a datação por radiocarbono. Uma grande proporção das conchas enviadas aos laboratórios de EMA para datação por carbono 14 é concha de moluscos.

Não é fácil fazer a datação de conchas por radiocarbono; há muitos fatores que causam incertezas aos resultados. O físico químico americano Willard Libby, um pioneiro da tecnologia de datação por radiocarbono, previu que as conchas são feitas do material menos eficaz para a datação por radiocarbono.

As conchas podem ser categorizadas em conchas marinhas, estuarianas ou fluviais. Os técnicos dos laboratórios de EMA precisam saber que tipo de concha está sendo analisada para que possam determinar os possíveis contaminantes e os métodos que precisam ser usados para removê-los.

Os mariscos obtêm carbono da biosfera para a construção da concha. De acordo com estudos científicos, os mariscos obtêm carbono orgânico de plantas marinhas ou terrestres, bem como carbono inorgânico de bicarbonato de águas oceânicas, dióxido de carbono atmosférico ou bicarbonato de águas doces.

 

 

As conchas são formadas pela deposição de cristais de carbonato de cálcio em uma matriz orgânica, a qual é uma proteína conhecida como conchiolin. Esta proteína representa apenas uma pequena percentagem da concha e, por esse motivo, a amostra necessária para a datação por radiocarbono é a porção inorgânica.

Apesar de ser inorgânico, o carbonato pode ser datado pois a sua formação envolve a incorporação de carbono 14 da biosfera. O carbonato presente em conchas costuma estar na forma de mineral aragonita, embora algumas conchas sejam uma amálgama de calcita e aragonita, enquanto outras, tais como as conchas de ostras, são formadas principalmente de calcita.

O uso do componente de carbonato da concha apresenta problemas porque a substância é solúvel e pode fazer intercâmbios com o meio ambiente, isotópica ou quimicamente. Quando a concha faz trocas de carbono com os ácidos do solo ao seu redor, asua razão de carbono 14 e, portanto, a sua idade de radiocarbono, é alterada. Esta troca de carbono geralmente afeta o exterior da concha.

A recristalização, por outro lado, pode afetar até mesmo as camadas internas de uma concha. Este fenômeno, acompanhado da conversão de aragonita a calcita, também altera a relação de carbono 14. A recristalização costuma ocorrer quando a concha faz trocas de carbono com a calcita moderna.

Existem duas fontes de efeito reservatório relevantes à datação de conchas por radiocarbono – o efeito marinho e o efeito de água dura. A avaliação de compensação de idade deve ser realizada nos resultados de datação de conchas por radiocarbono devido a esses efeitos.

 

 

O efeito marinho é uma consequência da mistura lenta de águas de superfície e profundas nos oceanos. A rápida troca de carbono entre a atmosfera e a biosfera através do trajeto de dióxido de carbono não é exatamente a mesma que entre a atmosfera e os oceanos.

O equilíbrio de dióxido de carbono entre a atmosfera e as águas de superfície é alcançado de forma relativamente rápida. Porém, as águas de superfície fazem trocas de dióxido de carbono com águas mais profundas numa proporção tão lenta que o conteúdo de carbono 14 do dióxido de carbono entrante das águas de superfície e o dióxido de carbono expelido pelas águas profundas já podem estar em diferentes etapas de decomposição do radiocarbono. Estudos mostram que o tempo de residência do carbono 14 na atmosfera varia entre 6 e 10 anos, enquanto que o tempo de residência do carbono 14 nos oceanos pode levar milhares de anos.

A ressurgência é outro fenômeno que dilui o conteúdo de radiocarbono das águas de superfície. Em determinadas partes do mundo e, especialmente na região equatorial, as águas profundas se deslocam em direção à superfície. Este fenômeno depende da latitude e ocorre em consequência dos ventos alísios. O formato da linha costeira, o clima local, o vento e a topografia do fundo do oceano também contribuem à ressurgência. A mistura lenta e a ressurgência das águas profundas significa que as águas de superfície dos oceanos já têm uma idade de radiocarbono aparente relativa à atmosfera.

As conchas de água doce podem não ser afetadas pelo efeito de reservatório marinho, mas são suscetíveis ao efeito de água dura – a presença de íons de cálcio resultantes da dissolução de carbonato de cálcio de idade infinita. A presença de íons de cálcio coincide com o esgotamento de carbono 14, embora a magnitude do efeito de água dura não seja diretamente correlacionada à quantidade de íons de cálcio. Esse efeito faz com que as idades das amostras pareçam mais antigas do que realmente são devido à incorporação de CaCO₃ mais antigo dissolvido na fonte de água doce e proveniente de substâncias como calcário ou marga por onde passa o lago ou córrego.

Às vezes, isso é testado datando-se conchas vivas na mesma área para verificar se as mesmas produzem resultados recentes ou mais antigos. Esta propensão pode ser da ordem de algumas décadas até centenas de anos, dependendo de diferentes fatores.

O efeito de água dura também pode afetar conchas marinhas depositadas em áreas onde há um influxo de água doce com alto teor de carbonato, tal como na desembocadura de rios. As conchas terrestres, tais como as conchas de caracol, também são afetadas pelo efeito da água dura nos casos em que o organismo tenha se alimentado em áreas com alto teor de carbonato, tais como os terrenos calcários.

Os técnicos dos laboratórios de EMA devem ser informados sobre os efeitos de reservatório que podem afetar as amostras de concha para que possam determinar as compensações de idade necessárias. Os laboratórios de EMA quantificam os efeitos de reservatório marinho e de água dura,presumindo que não houve nenhuma mudança no conteúdo de radiocarbono e datando conchas com idades conhecidas da mesma espécie e da mesma localidade que tenham sido coletadas antes dos testes de armas nucleares das décadas de 50 e 60.

O valor DeltaR / DeltaRErr só é utilizado para os carbonatos marinhos.

Dependendo da idade do carbonato marinho, uma correção de 200 a 500 anos (ou seja, a correção global de reservatório marinho) é aplicada automaticamente a todos os carbonatos marinhos. Esta correção automática significa que a data de radiocarbono se torna mais recente devido ao fato de que leva de 200 a 500 anos para que o dióxido de carbono contemporâneo encontrado na atmosfera seja incorporado e distribuído (equilibrado) através da coluna de água oceânica.

Uma correção DeltaR / DeltaRErr é aplicada à amostra que já passou pela correção global do efeito de reservatório marinho. O valor fornecido pelo cliente é subtraído ou acrescentado à esta idade já corrigida. Nota: Um valor negativo DeltaR resultará em uma data mais antiga (tipicamente presumindo a diluição de água doce a partir da média marinha global).

O ambiente local de um organismo que assimila carbono é um dos fatores a serem considerados antes de submeter a amostra à datação por radiocarbono pela técnica de espectrometria de massa com aceleradores. Os técnicos dos laboratórios de EMA devem conhecer os tipos de contaminantes aos quais as amostras de concha possam ter sido expostas.

Qualquer substância que contém carbono e que pode alterar o conteúdo de carbono 14 de uma concha através do contato é um contaminante. Isso significa que o carbonato de cálcio, os materiais húmicos e o dióxido de carbono provenientes do solo são possíveis contaminantes. Os contaminantes mais comuns em amostras de concha destinadas à datação por radiocarbono são os causados por trocas isotópicase recristalização.

Os laboratórios de EMA fazem pré-tratamentos antes da datação por carbono 14 para retirar todos os contaminantes possíveis que possam levar a resultados imprecisos.

Ou um condicionamento ácido, sonicação em alcalino , ou nenhum pré-tratamento.

 

 

Havendoa material suficiente, o laboratório normalmente condiciona a metade externa do invólucro para eliminar qualquer carbonato secundário potencial. Por favor, considere isso quando selecionar suas amostras. Geralmente, quanto mais material fornecido a melhor chance de dar bons resultados.

O pré-tratamento de conchas antes da datação por carbono inclui a retirada de todos os contaminantes visíveis, sem usar quaisquer produtos químicos ou a diminuição do tamanho da amostra.

A camada exterior da concha é removida com uma broca e papel lixa para isolar a aragonite – o analito para a datação por radiocarbono pela técnica EMA. A calcita que recristalizou, constituindo-se em um contaminante, é branca e calcária e pode ser facilmente removida com uma broca.

Os pré-tratamentos químicos empregados pelos laboratórios de EMA incluem a lavagem das conchas com ácido diluído, geralmente ácido clorídrico (HCl), para remover uma porção da parte exterior da concha e os componentes de calcita.

No caso de amostras muito pequenas ou minúsculas, podemos estar limitados a uma erosão muito menor ou nenhuma corrosão Em casos de material aderente e / ou a presença de cavidades, sonificações podem ser realizadas.