Cronologia por urânio-tório
A datação por U-Th baseia-se na análise das razões de atividade isotópica do isótopo pai (urânio) e filho (tório). A razão é usada para aproximar a desintegração do isótopo pai da subsequente produção do isótopo filho ao longo do tempo. Isso se completa com a espectrometria de massas, que mede os produtos de decaimento tanto do pai (234U) quanto do filho (230Th) em uma amostra. Quando o urânio decai, ele passa por uma série de passos de decaimento (que começa em 238U) até eventualmente atingir um isótopo estável (terminado em 206Pb – veja abaixo).
A datação por U-Th mede as razões de atividade do isótopo pai (urânio) e produto (tório) pelo cálculo da desintegração do pai para o filho ao longo do tempo.
A datação por U-Th de uma amostra de carbonato é possível com as seguintes condições:
- Ter sido formada dentro da faixa datável da sistemática de U-Th
(até 500 ka); - Conter concentrações suficientes dos
isótopos menores 234U e 230Th para a análise de
diluição de alta precisão; - Ter incorporado quantidades negligenciáveis ou conhecidas de 230Th inicial
(em excesso) no momento de deposição; e - Ter permanecido fechada a isótopos de U e Th desde a
deposição primária.
A perda de urânio e 230Th herdado em ambientações de sistemas abertos pode resultar em conclusões errôneas. Amostras com concentrações iniciais relativamente baixas de U/Ca e urânio tendem a assimilar urânio após a deposição e através de processos diagenéticos – o que produz idades aberrantes.
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Datação por U-Th
O método U-Th é empregado para datar materiais carbonáticos de até 500 mil anos. Amostras modernas não produzem datas por U-Th confiáveis devido a baixas concentrações de 230Th e limitações do método. Os tipos mais comuns de amostras incluem arte rupestre, espeleotemas e escorrimentos, corais e conchas.
Pinturas rupestres
A análise por urânio-tório pode proporcionar informações sobre a data aproximada de pinturas rupestres com a datação das finas camadas de calcita formadas por cima da arte. Dessa forma, a análise pode determinar uma idade mínima, também conhecida como terminus ante quem. Além disso, pode-se estabelecer uma idade máxima (terminus post quem) quando a camada de calcita de apoio por baixo da pintura pode ser acessada (Pons-Branchu et al. 2014). Os resultados também podem ser verificados com datações cruzadas de U-Th com C14, além da análise de múltiplas camadas ao longo da superfície da pintura, devido à natureza de sistema aberto de crostas carbonáticas (Sauvet et al. 2015).
(Fotografia: Arash Sharifi)
Depósitos de cavernas: espeleotemas e escorrimentos
A análise de isótopos estáveis em espeleotemas pode oferecer informações sobre as mudanças ambientais ocorridas durante o crescimento do espeleotema. As cronologias por trás desses registros paleoclimáticos dependem de datações precisas pelos métodos de U-Th ou C14, que estabelecem uma relação entre a distância (crescimento) e a idade. As estalagmites (espeleotemas que crescem para cima) são mais recomendadas que as estalactites (espeleotemas que crescem para baixo) por causa do plano de crescimento com uma estrutura interna mais definida (Spötl & Boch, 2019). Apesar dos dois métodos de datação, U-Th e C14, serem usados para datar espeleotemas, o efeito reservatório do carbono e as impurezas químicas do espeleotema podem provocar incertezas de idade significantes (de milhares de anos) em séries datadas por C14, comparadas àquelas datadas por U-Th (Goslar et al. 2000).
(Fotografia: Arash Sharifi)
Corais
Os corais podem ser datados com a análise por U-Th por até 500 mil anos antes do presente. Esse tipo de amostra comprovadamente ganha e perde urânio e tório, o que pode gerar desvios de idade. Quando o ganho de U é pareado com a perda de Th, a amostra tende a mostrar uma idade mais recente; quando a perda de U é pareada com o ganho de Th, a amostra tende a produzir uma idade mais antiga (Andersen et al. 2009). Apesar disso, pode-se aplicar correções sistemáticas com uma abordagem de triagem (e.g. Thompson et al., 2003). A reconstrução de mudanças ambientais através do tempo requer uma cronologia sólida. A datação por U-Th de corais oferece idades confiáveis além dos limites do C14. Outras análises podem ser realizadas para auxiliar reconstruções paleoclimáticas, inclusive: fases molhadas/secas (Yehudai et al. 2017), mortalidade/recuperação de sistemas de recifes de corais (Clark et al. 2017), temperatura da água marinha (DeCarlo et al. 2016) e pH (Stewart et al. 2016; Pauly et al. 2015).
Conchas
Há décadas, a datação por U-Th é usada extensivamente em amostras de conchas. O método depende da incorporação de urânio durante a formação da amostra e de uma incorporação limitada de tório de fontes externas (sistema fechado), fazendo com que todo o tório presente na estrutura seja produto do decaimento de U-Th. Nem todos os ambientes depositários podem satisfazer esse pré-requisito; nestes casos, pode-se aplicar a “datação isocrônica”, com a datação de múltiplas conchas do mesmo horizonte temporal com variados níveis de incorporação de Th detrítico (Bischoff & Fitzpatrick, 1991) para obter um nível inicial de U-Th para a datação (e.g. Placzek et al. 2006). Apesar da natureza de sistema aberto de sistemas de conchas ser um desafio para a datação, a análise por U-Th oferece a possibilidade de datar conchas que estejam além da capacidade temporal da datação por C14 (ca. 40 mil anos calendáricos antes do presente).
(Fotografia: Arash Sharifi)
Referências
Andersen, M.B., Gallup, C.D., Scholz, D., Stirling, C.H. and Thompson, W.G., (2009). U-series dating of fossil coral reefs: consensus and controversy. Pages News, 17, pp.54-56.
Bischoff, J.L. and Fitzpatrick, J.A., (1991). U-series dating of impure carbonates: an isochron technique using total-sample dissolution. Geochimica et Cosmochimica Acta, 55(2), pp.543-554. DOI: 10.1016/0016-7037(91)90011-S
Clark, T.R., Roff, G., Zhao, J.X., Feng, Y.X., Done, T.J., McCook, L.J. and Pandolfi, J.M., (2017). U-Th dating reveals regional-scale decline of branching Acropora corals on the Great Barrier Reef over the past century. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(39), pp.10350-10355. DOI: 10.1073/pnas.1705351114
DeCarlo, T.M., Gaetani, G.A., Cohen, A.L., Foster, G.L., Alpert, A.E. and Stewart, J.A., (2016). Coral Sr‐U thermometry. Paleoceanography, 31(6), pp.626-638. DOI: 0.1002/2015PA002908
Goslar, T., Hercman, H. and Pazdur, A., (2000). Comparison of U-series and radiocarbon dates of speleothems. Radiocarbon, 42(3), pp.403-414. DOI: 10.1017/S0033822200030332
Pauly, M., Kamenos, N.A., Donohue, P. and LeDrew, E., (2015). Coralline algal Mg-O bond strength as a marine p CO2 proxy. Geology, 43(3), pp.267-270. DOI: 10.1130/G36386.1
Placzek, C., Patchett, P.J., Quade, J. and Wagner, J.D., (2006). Strategies for successful U‐Th dating of paleolake carbonates: An example from the Bolivian Altiplano. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 7(5). DOI: 10.1029/2005GC001157
Pons-Branchu, E., Bourrillon, R., Conkey, M.W., Fontugne, M., Fritz, C., Gárate, D., Quiles, A., Rivero, O., Sauvet, G., Tosello, G. and Valladas, H., (2014). Uranium-series dating of carbonate formations overlying Paleolithic art: interest and limitations. Bulletin de la Société préhistorique française, pp.211-224. DOI: 10.3406/bspf.2014.14395
Sauvet, G., Bourrillon, R., Conkey, M., Fritz, C., Gárate-Maidagan, D., Vilá, O.R., Tosello, G. and White, R., (2017). Uranium–thorium dating method and Palaeolithic rock art. Quaternary International, 432, pp.86-92. DOI: 10.1016/j.quaint.2015.03.053
Spötl, C. and Boch, R., (2019). Uranium series dating of speleothems. In Encyclopedia of caves (pp. 1096-1102). Academic Press.
Stewart, J.A., Anagnostou, E. and Foster, G.L., (2016). An improved boron isotope pH proxy calibration for the deep-sea coral Desmophyllum dianthus through sub-sampling of fibrous aragonite. Chemical Geology, 447, pp.148-160. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2016.10.029
Thompson, W.G., Spiegelman, M.W., Goldstein, S.L. and Speed, R.C., (2003). An open-system model for U-series age determinations of fossil corals. Earth and Planetary Science Letters, 210(1-2), pp.365-381. DOI: 10.1016/S0012-821X(03)00121-3
Yehudai, M., Lazar, B., Bar, N., Kiro, Y., Agnon, A., Shaked, Y. and Stein, M., (2017). U–Th dating of calcite corals from the Gulf of Aqaba. Geochimica et Cosmochimica Acta, 198, pp.285-298. DOI: 0.1016/j.gca.2016.11.005
Coral Image: https://www.pexels.com/photo/corals-920161/