Datação relativa e absoluta

Datação relativa e absoluta

Datação relativa e absoluta

Datação Relativa

Os métodos de datação relativa foram os primeiros a serem desenvolvidos, pois não dependiam de desenvolvimento tecnológico e sim do entendimento de processos geológicos básicos e do registro desses processos. Os princípos que permitem a datação relativa são bastante simples e sua aplicação é quase sempre possível em campo quando mais de uma rocha ocorre em um mesmo afloramento. A datação relativa permite estabelecer a sucessão temporal das rochas de uma região, formando uma coluna estratigráfica. As rochas são representadas em uma coluna estratigráfica, de modo que as rochas mais antigas são colocadas na base e as mais jovens no topo. Esta formalidade tem origem em um dos princípios fundamentais da estratigrafia (o da Superposição Vertical das Camadas) que veremos a seguir.

Princípio da Superposição de Camadas (Steno 1669)

Segundo este princípio em qualquer seqüência acamadada a rocha (camada) mais jovem é aquela que se encontra no topo da seqüência. As camadas inferiores são progressivamente mais antigas. Este princípio pode ser utilizado em depósitos sedimentares formados por acresção vertical, mas não naqueles a acresção é lateral (e.g. terraços fluviais). Outro contexto que não permite a aplicação deste princípio é o de camadas deformadas quando a deformação modifica a posição original das camadas. Neste último caso, entretanto, será possível determinar a idade relativa dos estratos caso a deformação não tenha sido muito intensa e ainda sejam reconhecidas feições indicativas da posição relativa de topo-base e de fósseis-índices nas camadas estudadas. O princípio da superposição das camadas é válido para as rochas sedimentares e vulcânicas (basalto) que se formam por agradação vertical de material, mas não pode ser aplicado a rochas intrusivas e deve ser aplicado com cautela às rochas metamórficas.

Figura 1 – Foto do Grand Canyon com camadas horizontais em sua posição original. As camadas mais antigas são aquelas localizadas na base da seqüência.

Princípio das Relações de Corte (Hutton 1792)

Segundo o princípio das relações de corte uma rocha ígnea intrusiva ou falha que corte uma seqüência de rochas é mais jovem que as rochas por ela cortadas. Esse princípio permite a datação relativa de eventos em rochas metamórficas, ígneas e sedimentares, sendo fundamental para o trabalho em terrenos orogênicos jovens (cinturões orogênicos) e antigos (escudos). Este princípio é válido para qualquer tipo de rocha cortada por umas das feições acima relacionadas.

Princípio dos Fragmentos Inclusos (Hutton 1792)

Este princípio de datação relativa diz que os fragmentos de rochas inclusas em corpos ígneos (intrusivos ou não) são mais antigos que as rochas ígneas nas quais estão inclusos. Este princípio, juntamente com o princípio das relações de corte, é fundamental em áreas formadas por grandes corpos intrusivos permitindo a datação relativa não só de rochas estratificadas, mas também de rochas ígneas e metamórficas (se estas ocorrerem como fragmentos inclusos). Muito importante para a datação relativa de terrenos pré-cambrianos. Válido para rochas ígneas e aplicável também a conglomerados. Nas rochas ígneas e conglomerados metamorfizados essa relação pode estar preservada, pemitindo estabelecer as relações temporais entre as rochas originais (hospedeira e fragmento incluso) antes do metamorfismo.

Discordâncias (Hutton 1792)

As discordâncias são superfícies de erosão ou não deposição, abaixo das quais pode exitir qualquer tipo de rocha, mas acima das quais só podem existir rochas sedimentares. Estas últimas são sempre mais jovens que as rochas abaixo da discordância. Além de permitir a datação relativa de rochas em um afloramento, a presença de uma discordância indica que houve erosão de parte do registro geológico naquele local. Assim, as discordâncias constituem uma prova indiscutível de que o registro geológico não é completo.

Dependendo do tipo de rocha, da posição das estruturas sedimentares abaixo da discordância e da geometria da superfície de discordância estas podem ser classificadas em: (i) discordância paralela (paraconformidade); (ii) discordância angular ou (iii) inconformidade (“litológica”).

 

Figura 2 - Siccar Point. Discordância angular reconhecida por Hutton para ilustrar o conceito proposto por ele.

 

Figura 3 – Esquema ilustrando vários principíos de datação relativa. O granito corta as camadas da seqüência sedimentar localizada abaixo da discordância angular e contém xenólitos dessa seqüência. Essas relações indicam que as rochas sedimentares localizadas abaixo da discordância são as mais antigas. Acima da discordância encontram-se as rochas sedimentares mais jovens. Note que essas rochas contem clastos (pebbles) do granito.

 

Princípio da Sucessão Faunística (Smith 1793)

Antes de Charles Darwin começar sua viagem histórica com o Beagle (1832), quando coletaria o material para escrever seu famoso livro “Origem das Espécies”, a existência de antigos sinais de vida nas rochas já era conhecida. Embora os fósseis fossem reconhecidos desde a Grécia Antiga, por muito tempo foram interpretados como “brincadeiras da natureza” até o Resnacimento, quando Leonardo da Vinci as interpretou como formas de vidas passadas. Willian Smith, um engenheiro britânico, foi o primeiro a reconhecer que o conteúdo fossilífero de camadas, por vezes de mesmo tipo de rocha, variava sistematicamente das mais antigas para as mais jovens. O mesmo fato foi logo verificado em outras partes do mundo, e o Princípo da Sucessão Faunística passou a ser aplicado à datação relativa e correlação estratigráfica (ver abaixo) de rochas sedimentares.

O Princípio da Sucessão Faunística diz que os grupos de fósseis (animal ou vegetal) ocorrem no registro geológico segundo uma ordem determinada e invariável, de modo que, se esta ordem é conhecida, é possível determinar a idade relativa entre camadas a partir de seu conteúdo fossilífero. Ou seja, pode-se dizer que fóssil = tempo. Esse princípio, inicialmente utilizado como um instrumento prático, foi posteriormente explicado pela Teoria da Evolução de Darwin: uma vez que existe uma evolução biológica irreversível através dos tempos geológicos, os fósseis devem se ordenar no tempo segundo uma escala evolucionária. Diversos períodos marcados por extinção de grande parte do conteúdo fossilífero são conhecidos na história da Terra e levaram ao desevolvimento da Teoria do Catastrofismo (Cuvier 1796).

 

 

Figura 4 - Ilustração de Cuvier exemplificando o Princípio da Sucessão Faunística.

 

 

Conceitos fundamentais para aplicação dos fósseis na datação

Fóssil: todo e qualquer vestígio de atividade biológica registrada nas rochas (e.g. conchas, ossos, buracos de vermes, etc).

Fóssil-índice: correponde a um organismo que viveu por um período de tempo geologicamente curto, mas que ocupou um grande espaço geográfico. Normalmente são animais marinhos, e.g. Grupo das Trilobitas (foto abaixo), típico do Perído Cambriano (570-505 Ma).

Figura 5 – Foto de Trilobita. Fóssil-guia do Período Cambriano.

Associação Faunística. um conjunto de fósseis, que embora isoladamente não tão restritos a um intervalo de tempo, em conjunto caracterizam um intervalo de tempo específico.

Princípios da datação absoluta – métodos radioamétricos

O descobrimento da radioatividade em 1896 por Becquerel tornou-se o principal instrumento na comprovação do tempo geológico longo. Os métodos de datação radiométrica, entretanto, só foram completamente desenvolvidos e amplamente aplicados a partir dos anos 50, quando a radioatividade se tornou mais completamente entendida e os equipamentos necessários (i.e. espectrometro de massa) para a sua aplicação na datação fossem desenvolvidos.

Os métodos de datação radiométrica baseiam-se no fato de que o decaimento de cada tipo de átomo ocorre em proporções constantes, segundo taxas exponenciais, que não são afetadas por agentes físicos ou químicos externos. A velocidade de decaimento depende apenas da estabilidade dos núcleos radioativos e é constante para cada tipo de isótopo radioativo. A equação que rege o decaimento é a seguinte:

onde N é o número atual de núcleos radioativos, No o número original, l a taxa de decaimento e t o tempo.

A lei probabilística que rege o decaimento não permite prever quando um determinado átomo deve decair, mas permite afirmar com precisão, que em determinado tempo a metade de uma amostra de isótopos radioativos terá decaído para o isótopo radiogênico. Este tempo é denominado de Meia-vida (t½). Está relacionado com a taxa de decaimento l da seguinte forma:

Cada elemento possui um número atômico (número p de prótons no núcleo) característico, mas pode apresentar isótopos com número de massa diferente (número de prótons mais neutrons). Da grande quantidade de nuclídeos que se conhece (cerca de 2000), a maioria é radioativa, isto é decai para núcleos com número de massa menor. Os elementos gerados por decaimento radioativo são denomindados de radiogênicos. O decaimento ocorre principalmente pela emissão de dois tipos de partículas: a partícula alfa (um núcleo de He, consistindo de 2p+2n) e a partícula beta (um elétron proveniente do núcleo por decaimento de um neutron em um próton e um elétron) e pode ser simples (elemento pai para elemento filho) ou serial (elementos radioativos intermediários). As meias-vidas são na maioria das vezes muito curtas - de frações de segundos a alguns dias. Dentre os inúmeros isótopos radioativos existentes na natureza apenas cinco tem meias vidas suficientemente longas, para serem utilizadas na datação de materiais geológicos. Os elementos pai (radioativos), elementos filho (radiogênicos) e suas meias-vidas estão na tabela seguinte:

Elemento Pai

Elemento Filho

Meia -vida (t1/2)

238U

206Pb

4,5 Ga

235U

207Pb

0,733 Ga

232Th

208Pb

14,1 Ga

147Sm

143Nd

108 Ga

87Rb

87Sr

4,7 Ga

40K

40Ar

1,3 Ga

 

O método de Carbono 14 (14C ® 14N) não é normalmente aplicado em Geologia, pois a meia-vida do 14C é muito curta (= 5730 anos), não sendo compatível com a taxa da maior parte dos processos geológicos. É conveniente apenas para datação em estudos arqueológicos, compreendendo bem o espaço da existência de humanóides na Terra dentro de um intervalo de tempo equivalente a 7-10 meias-vidas do 14C.

A datação radiométrica de um sistema qualquer se baseia na acumulação de elementos filhos a partir do decaimento de um tipo do átomo pai. Para isso é necessário conhecer os números de átomos pai (NP) e átomos filho (NF) e a taxa de decaimento (l) ou a meia vida (t1/2) do átomo pai. A idade do sistema pode ser determinada aplicando-se as fórmulas:

ou

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