Os métodos de datação

Explica a diferença entre datação relativa e datação absoluta, e apresenta um exemplo de acontecimento geológico que possa ser datado por cada tipo de método.

Enuncia o princípio da sobreposição de estratos e aplica-o à sequência da pedreira do esquema (camadas A, B e C). Qual é a camada mais antiga e que alteração ambiental sugere a sequência?

Num corte observa-se uma série de estratos horizontais atravessados por um filão de rocha ígnea, estando todo o conjunto cortado por uma falha. Aplicando os princípios da interseção e da sobreposição, ordena do mais antigo para o mais recente: estratos, filão e falha, justificando cada passo.

Num afloramento observam-se estratos dobrados e erodidos e, sobre estes, estratos horizontais. Indica como se designa essa estrutura, ordena os acontecimentos que a formaram (sedimentação, dobragem, erosão e nova sedimentação) e explica o que representa o hiato ou lacuna temporal.

Num afloramento observam-se, de baixo para cima: xistos metamórficos, uma superfície erodida com calhaus de xisto na base de um conglomerado, arenitos horizontais e, a cortar todo o conjunto, um filão de rocha ígnea. Ordena os acontecimentos geológicos do mais antigo para o mais recente e justifica cada relação (sobreposição, interseção, clastos incluídos).

Define fóssil e refere três tipos distintos de testemunhos que podem ficar fossilizados (restos duros, pegadas ou icnofósseis, moldes, coprólitos, inclusões em âmbar), explicando que informação fornece cada tipo.

Explica em que consiste o processo de fossilização (soterramento rápido, mineralização das partes duras) e justifica por que razão os organismos de partes moles (medusas, vermes) surgem raramente sob a forma de fósseis.

O que é um fóssil de idade (ou fóssil característico)? Indica os três requisitos que deve cumprir um bom fóssil de idade e justifica por que razão o ser humano não serve como tal para datar rochas antigas.

Explica o princípio da identidade paleontológica e como este permite correlacionar estratos de duas pedreiras separadas por centenas de quilómetros, indicando que tipo de fósseis é mais útil para essa tarefa.

Num corte, um estrato com fósseis de trilobites surge acima de outro com amonites, ao contrário do que é estabelecido pela escala do tempo geológico. Explica que dois processos tectónicos podem inverter uma série estratigráfica (dobras invertidas, cavalgamentos) e que indícios no terreno permitem detetar a inversão.

Explica o que é a semivida (período de semidesintegração) de um isótopo radioativo utilizando o exemplo de uma pilha de $100$ moedas da qual retiras metade em cada ronda, e por que razão essa regularidade transforma os radiómetros em «relógios» geológicos.

Justifica por que razão as rochas sedimentares constituem o grande arquivo da história da vida, embora raramente possam ser datadas diretamente por métodos radiométricos, e indica como se resolve esse problema recorrendo a rochas ígneas intercaladas.

O carbono-14 tem uma semivida de $5\,730$ anos. Uma amostra de madeira arqueológica conserva a quarta parte do $\text{C-14}$ que possuía aquando da morte da árvore. Calcula a idade da amostra explicando o teu raciocínio.

O carbono-14 tem uma semivida de $5\,730$ anos. Um tecido fóssil conserva $1/16$ do $\text{C-14}$ que possuía em vida. Calcula a idade do fóssil apresentando o número de semividas decorridas e o resultado final.

Uma equipa de investigação analisa os restos ósseos de um mamífero encontrado numa gruta cársica. O laboratório A extrai colagénio do interior do osso e deteta que conserva $12,5\ \%$ ($1/8$) da atividade inicial de $^{14}\text{C}$. O laboratório B analisa uma crosta de carbonato que recobria externamente o osso e mede $50\ \%$ do $^{14}\text{C}$ inicial.

1. a) Calcula a idade numérica obtida por cada laboratório (semivida do $^{14}\text{C} = 5\,730$ anos).
2. b) Justifica qual dos dois resultados é fiável para determinar quando morreu o animal e explica que processo geoquímico provocou o erro na outra amostra.
3. c) Um membro da equipa propõe usar radiocarbono para datar um tufo vulcânico de $1,2$ milhões de anos situado na entrada da gruta. Demonstra matematicamente por que razão é inviável e propõe que método isotópico alternativo deveriam empregar.

Para datar um estrato de arenito com pegadas fósseis de tetrápodes primitivos, um estudante separa cristais de moscovite (mica potássica) do próprio sedimento. Após medir que resta $25\ \%$ do $^{40}\text{K}$ original ($T_{1/2} = 1\,250$ Ma), conclui que as pegadas têm $2\,500$ milhões de anos (Pré-Câmbrico).

1. a) Contesta a conclusão do estudante: que acontecimento físico faz reiniciar o relógio K-Ar e o que estás a datar na realidade ao analisar clastos detríticos de um arenito?
2. b) Na mesma série estratigráfica observa-se uma escoada de lava intercalada por baixo do estrato de arenito e um dique vulcânico que corta tanto a lava como o arenito. Desenha um procedimento para delimitar a idade máxima e mínima do sedimento fossilífero a partir destes corpos ígneos.

Numa bacia marinha estudam-se três afloramentos correlacionados através de uma mesma espécie de amonoide fóssil de distribuição bioestratigráfica curta:

• Coluna A: o estrato com amonoides está intercalado entre uma cinza vulcânica inferior de $115$ Ma e outra superior de $110$ Ma.

• Coluna B: o estrato fossilífero surge cortado por um dique basáltico datado em $112$ Ma, mas esse dique não afeta os estratos sobrejacentes.

• Coluna C: um investigador afirma ter obtido uma idade radiométrica de $114$ Ma analisando diretamente o cimento calcário do estrato fossilífero.

1. a) Deduz o intervalo cronológico mais preciso e rigoroso para a existência deste amonoide combinando os dados válidos das colunas A e B.
2. b) Avalia a validade do dado da Coluna C justificando se o cimento de uma rocha sedimentar cumpre ou não os requisitos do método radiométrico.
3. c) Prevê como mudaria a delimitação temporal da espécie se uma análise detalhada demonstrasse que a estrutura ígnea da Coluna B não é um dique discordante, mas sim uma escoada de lava submarina intercalada e concordante.

Um laboratório analisa cristais de zircão de um plutão granítico através do decaimento de $^{235}\text{U}$ a $^{207}\text{Pb}$ ($T_{1/2} = 704$ Ma).

1. a) Numa amostra inalterada, a razão isotópica mostra que por cada átomo de $^{235}\text{U}$ restante há $7$ átomos de $^{207}\text{Pb}$ acumulados. Calcula o número de semividas decorridas e a idade de cristalização do granito.
2. b) Noutra amostra colhida numa zona de cisalhamento com forte alteração hidrotermal, mede-se uma razão $^{207}\text{Pb}/^{235}\text{U} = 1$ ($50\ \%$ de urânio original). Um geólogo afirma que essa zona do plutão cristalizou $1\,400$ Ma mais tarde. Refuta a sua hipótese explicando que alteração do sistema fechado ocorreu.
3. c) Demonstra por que razão este par isotópico é inútil para datar um biface de sílex de uma jazida paleolítica de $100\,000$ anos: estima que percentagem infinitesimal de $^{235}\text{U}$ se teria desintegrado e fundamenta o problema analítico resultante.

Explica em que consiste a dendrocronologia: o que regista cada anel de uma árvore, como se sobrepõem séries de árvores de diferentes idades para alargar a cronologia milhares de anos e que informação climática reside na espessura dos anéis.

As varvas são pares de lâminas claras e escuras que se depositam anualmente em determinados lagos. Explica o que origina essa alternância sazonal, como são utilizadas na datação e por que razão os sedimentos lacustres são «arquivos» climáticos comparáveis aos gelos.

A concentração de $^{14}\text{C}$ atmosférico não é constante no tempo: os testes nucleares atmosféricos (1955-1963) quase duplicaram o $^{14}\text{C}$ («efeito bomba»), enquanto as emissões industriais de combustíveis fósseis injetam grandes volumes de $\text{CO}_2$ totalmente desprovido de $^{14}\text{C}$ («efeito Suess»).

1. a) Se datares a madeira de uma árvore abatida em 1965 aplicando a fórmula padrão sem calibração, a sua idade aparente radiocarbónica resultará do passado ou «do futuro» (negativa)? Justifica a tua dedução a partir da atividade específica medida.
2. b) Prevê que erro (envelhecimento ou rejuvenescimento artificial) resultaria da datação do líquen que cresce atualmente junto a uma autoestrada com tráfego intenso a diesel. Fundamenta a troca isotópica implicada.
3. c) Justifica como a dendrocronologia permite construir uma curva de calibração que resolve estes desfasamentos para os últimos $12\,000$ anos.

Numa gruta cantábrica com restos fósseis humanos regista-se a seguinte sequência estratigráfica de topo a muro:

• Nível 1: sedimentos com polaridade magnética normal. Uma estalagmite intercalada é datada por séries de urânio em $0,45$ Ma.

• Nível 2: sedimentos com polaridade inversa que contêm uma rica indústria lítica e restos ósseos.

• Nível 3: sedimentos basais com polaridade magnética normal.

Sabendo que a inversão Brunhes-Matuyama (de normal a inversa em direção ao passado) ocorreu há $0,78$ Ma e a Matuyama-Gauss (de inversa a normal) há $2,58$ Ma:

1. a) Delimita o intervalo temporal em que os hominínios do Nível 2 puderam ter habitado a partir dos dados combinados.
2. b) Um membro da equipa sugere que os restos do Nível 2 têm $600\,000$ anos. Rebate formalmente a sua afirmação com base na polaridade magnética observada.
3. c) Se no centro do Nível 2 surgisse uma faixa estreita de polaridade normal com apenas alguns centímetros de espessura, tal obrigaria a alterar toda a cronologia ou que fenómeno geomagnético de curta duração (subcrão ou evento) representaria dentro de Matuyama?

Numa necrópole costeira datam-se dois esqueletos humanos encontrados no mesmo nível funerário:

• Indivíduo A: $4\,150 \pm 30$ anos BP.

• Indivíduo B: $4\,600 \pm 40$ anos BP.

A análise de isótopos estáveis revela que o indivíduo A baseava a sua dieta em frutos e herbívoros terrestres ($\delta^{13}\text{C} = -21\ \text{‰}$), enquanto o indivíduo B consumia predominantemente marisco e peixes marinhos ($\delta^{13}\text{C} = -13\ \text{‰}$).

1. a) Verifica se os intervalos com dois desvios-padrão ($2\sigma$, margem de $95\ \%$) de ambos os indivíduos chegam a sobrepor-se.
2. b) Formula uma hipótese que explique a discrepância de quase $500$ anos com base no «efeito de reservatório marinho». Qual das duas datas se aproxima mais da época real da sepultura?
3. c) Se em vez de se extrair colagénio se tivesse datado o carbonato mineral do osso (hidroxiapatite) fossilizado num solo calcário húmido, prevê e justifica o sentido do erro (envelhecimento ou rejuvenescimento aparente) que a diagénese provocaria.

Uma equipa apresenta a seguinte proposta para datar diversos elementos de uma bacia tectónica:

1. Datar as cerâmicas de um estrato superficial mediante radiocarbono analisando o silício e alumínio da argila cozida.

2. Datar uma escoada vulcânica basáltica mediante dendrocronologia medindo as bandas concêntricas de alteração das suas vesículas de gás.

3. Datar o momento de sedimentação de um xisto pré-câmbrico mediante K-Ar aplicado às micas formadas durante o metamorfismo regional.

1. a) Deteta e argumenta o erro conceptual ou metodológico que invalida cada uma das três propostas.
2. b) Desenha uma alternativa metodológica válida para cada um dos três materiais, especificando o método analítico adequado e que evento físico ou químico representa com exatidão a reposição a zero do relógio.
3. c) Se numa viga de madeira da jazida contares $95$ anéis de crescimento mas desconheceres a curva dendrocronológica da região, explica por que razão não lhe podes atribuir uma data de calendário absoluta e de que forma se complementaria com o radiocarbono para a situar no tempo.