Tempo, Um Problema para os Modelos da História da Terra

Urias Takatohi, Ph.D.

Centro Universitário Adventista de São Paulo
São Paulo, Brazil

http://origins.swau.edu/papers/global/time/index.html

Abstract
Different worldviews result in different concepts on origins and time in Earth history. Modern science adopted a strict naturalistic worldview since 19th century. Models on origins resulting from this worldview assign an age of about 4,5 Ga for the Earth and about 600 Ma for existence of abundant life on Earth. In contrast, Bible based Christian theistic world view assign about 6 to 8 ka for life on Earth and most of the Phanerozoic rocks deposited in about one year. The principles and methods of geochronology are briefly sketched. An invariance in the values of time assigned to the boundaries of geologic periods is observed in the publications of 20th Century in spite of progress in dating methods. A survey in the publications about geochronology since 1995 shows that most of them are stratigraphic studies and dating is performed mainly by ⁴⁰Ar/39Ar, U/Pb, 14C and several radiation damage methods. A brief description of the main method is made and some of their problems pointed.
Resumo
Visões de mundo diferentes resultam em conceitos diferentes acerca das origens e tempo na história da Terra. A ciência moderna adotou uma visão de mundo estritamente naturalística desde o Século XIX. Modelos de origens resultantes desta visão de mundo atribuem uma idade de cerca de 4,5 Ga para a Terra e cerca de 600 Ma para a existência de vida abundante na Terra. Em contraste a visão de mundo teísta cristã baseada na Bíblia atribui cerca de 6 a 8 ka para a vida na Terra e cerca de um ano para a deposição da maior parte das rochas Fanerozóicas. Os princípios e métodos da geocronologia são esboçadas brevemente. Uma observação nos valores de tempo atribuídos aos limites entre períodos geológicos mostra que eles não têm variado ao longo do Século XX apesar dos progressos observados nos métodos de datação. Uma pesquisa em publicações sobre geocronologia desde 1995 mostra que a maioria deles são estudos em estratigrafia e as datações são feitas principalmente pelos métodos do ⁴⁰Ar/³⁹Ar, U/Pb, ¹⁴C e diversos métodos que utilizam os danos de radiação sobre os materiais. É feita uma breve descrição dos principais métodos e alguns de seus problemas são indicados.

Introdução


Conhecer e descrever a origem de tudo é uma preocupação demonstrada pelo ser humano em qualquer civilização. Em sociedades mais estruturadas, algumas pessoas se dedicam à produção, preservação e divulgação do conhecimento, e assim têm uma preocupação especial com este assunto. Nos dias de hoje estas pessoas são conhecidas principalmente como cientistas e em menor número filósofos e teólogos. Na civilização grega eram os filósofos, em outras os magos, sacerdotes escribas e profetas. Mesmo atualmente, nas sociedades que costumamos classificar como "primitivas", encontramos os pajés ou feiticeiros que se dedicam à criação e preservação das tradições e costumes religiosos de suas tribos, que normalmente incluem uma história sobre origens.

Dentro deste contexto da busca pela origem, surge a preocupação com o tempo. Quando ocorreram estes eventos?

Estudos baseados no texto bíblico sugerem objetivamente que a Terra foi organizada e recebeu os seres vivos a poucos milhares de anos. O código de Manu, originário da Índia, propõe um universo cíclico com um dia de Brahman de cerca de 4,38 bilhões de anos e uma noite de igual duração (Martins 1994). Os conhecimentos científicos desenvolvidos nos últimos 70 a 80 anos propõe um universo iniciado a cerca de 15 bilhões de anos (Silk 1989), um planeta Terra existente a cerca de 4,56 bilhões de anos e vida abundante na Terra a cerca de 570 milhões de anos (Harland et al. 1990).

Dadas as diferenças nestes valores, vem a pergunta: estes dados sobre o tempo são importantes para a vida das pessoas? qual destes resultados merece mais confiança? E finalmente: estas perguntas são relevantes?

Estas questões nos levam a considerações sobre nossa "visão de mundo".

Visões de Mundo e o Tempo



O que é uma visão de mundo?

"Uma visão de mundo é um conjunto de pressuposições (que podem ser verdadeiras, parcialmente verdadeiras ou inteiramente falsas) que mantemos (conscientemente, sub-conscientemente, consistentemente ou inconsistentemente) acerca daquilo que é básico" (Sire 1990).

Ainda segundo Sire (1990), uma visão de mundo deve responder um certo conjunto de perguntas básicas. As duas primeiras são: (1) O que é a realidade primária? e (2) Qual é a natureza da realidade externa, isto é, o mundo à nossa volta? As várias respostas dadas pelas pessoas a estas perguntas podem ser classificadas em três possíveis visões de mundo básicas: teísta, naturalista e panteísta.

Na visão de mundo teísta a realidade primária é Deus e o mundo à nossa volta é o resultado da criação de Deus. Na atualidade, os principais grupos de pessoas com visão de mundo teísta são os seguidores do judaísmo, os cristãos e os islâmicos. Nestas três correntes de pensamento, a base das noções sobre Deus e o mundo vem principalmente das Escrituras Hebraicas contidas na Bíblia. A diferença com os islâmicos é o fato de considerarem Maomé como profeta inspirado de Deus e seus escritos mais importantes do que a Bíblia.

Como cristãos, consideramos a Bíblia um texto inspirado por Deus, sendo por isto considerada a própria Palavra de Deus. A partir dela formamos nossa visão de mundo. Nela encontramos uma narrativa da origem da terra, dos seres vivos e do homem. Dela tiramos informações sobre a natureza do homem, o objetivo de sua existência e sobre o caráter da divindade. Esta visão de mundo é coerente para nós e satisfaz nossos mais profundos anseios como seres humanos. Por isso a escolhemos para nortear nossa vida. A idéia da existência de seres vivos na Terra a poucos milhares de anos é resultado de uma interpretação consistente de dados contidos na Bíblia.

Na visão de mundo panteísta Deus e o cosmos se confundem. O universo ou o cosmos é um sonho da divindade ou uma emanação da divindade. A visão de mundo panteísta pode ainda conter uma variedade de interpretações da realidade primária e da realidade do mundo à nossa volta passando pelas idéias budistas, animistas e da mente cósmica da nova era. Em todas elas o cosmos adquire uma aura de divindade. O universo cíclico com dias de Brahman de alguns bilhões de anos é um dos resultados deste modo de pensar.

A visão de mundo naturalista talvez tenha se iniciado com os filósofos gregos atomistas Leucipo e Demócrito, ambos do século V antes da era cristã. Em sua concepção os mundos se formaram pelo acaso a partir da interação de uma variedade de átomos (partículas indivisíveis e eternas) sem a intervenção de deuses. Seus seguidores mais recentes, Epicuro e Lucrécio, revelaram que esta visão de mundo tinha por objetivo libertar o homem do medo das divindades (caprichosas e vingativas da mitologia grega) e do conseqüente medo de uma punição após a morte (Martins 1994).

No mundo moderno, principalmente a partir do século XIX, desenvolveu-se uma nova versão desta visão de mundo. Esta foi uma época em que o método científico mostrou sua força, sendo bem sucedido em criar modelos de ampla aplicação e grande precisão na explicação de fenômenos naturais, principalmente no mundo físico. Apesar de muitos dos cientistas que desenvolveram a ciência moderna serem pessoas de profunda fé cristã, cresceu em vários meios filosóficos a idéia de que a natureza segue leis estáveis e que a descoberta destas leis mostra que a concepção de um Deus, para manter o funcionamento do universo, é dispensável.

Estudos usando estes pressupostos, de que o universo, a Terra e mesmo os seres vivos se originaram e desenvolveram sem a interferência de um Deus criador e mantenedor, com a aplicação das leis da física a uma variedade de fenômenos observados, levaram às conclusões mencionadas anteriormente de um universo originado a 15 bilhões de anos, um planeta Terra formado a 4,56 bilhões de anos e abundantes fósseis de animais formados a partir de 570 milhões de anos antes do presente.

Observamos nas considerações acima que as diversas visões de mundo produziram diferentes resultados para a questão de tempo decorrido desde as origens. A questão que surge então é:

• isto tem importância?
  
• não é natural que diferentes visões de mundo apresentem resultados diferentes?
  

Outra questão importante é:

• como a ciência naturalista tem sido tão bem sucedida não só para explicar a natureza mas também para criar meios de usar a natureza a nosso favor (por exemplo, na medicina e tecnologia), e como a religião cristã é tão bem sucedida para dar significado, valor e direção para a vida humana não seria possível conciliar ambas e seus resultados?
  

Para a religião cristã o assunto é importante pois sua base é um relacionamento de confiança entre a pessoa e Cristo. O relato bíblico, como já mencionamos, é a Palavra de Deus. Nela a menção de que Deus na própria pessoa de Cristo é o criador é freqüente e relacionada com diversos aspectos importantes do conjunto de crenças fundamentais do cristianismo. Por isso não se pode descartar o relato da criação ou interpretá-lo como sendo apenas uma alegoria. (Ver por exemplo Christian 1998).

O relato bíblico da criação enfatiza a criação de um sistema completo de seres vivos dentro de um período de 4 dias culminando com a criação especial de um ser feito à própria imagem de Deus, o ser humano. Ao fim de cada ato de criação de seres vivos é dito que Deus considerou o resultado bom. Podemos então imaginar a formação de um sistema ecológico perfeito. O relato bíblico possui dados que permitem situar a semana da criação entre 6 a 8 mil anos antes do presente (Hasel 1980).

À primeira vista pode parecer natural que visões de mundo diferentes produzam resultados diferentes. Mas há um aspecto em que a visão de mundo teísta cristã coincide com a visão de mundo naturalista. Em ambas, é bem arraigada a crença de que o cosmos segue leis naturais estáveis no espaço e no tempo (Salmos 148:3-6).

Para os teístas cristãos esta crença decorre da compreensão da natureza de Deus o criador, como é descrita na Bíblia. A origem desta crença no meio científico pode ser devida ao fato de que muitos dos fundadores da física tais como Pascal, Newton, Faraday, Maxwell, Lord Kelvin e outros terem sido cristãos devotos e estudiosos da Bíblia ou também pelo fato de esta ser uma necessidade para que seja possível investigar a natureza pelo método científico. Esta concordância entre o ponto de vista de naturalistas e teístas cristãos faz com que a maioria dos cristãos instruídos na ciência veja valor na mesma e por isto se preocupe quando encontra resultados da ciência que não estão em concordância com o relato bíblico.

O estudo dos métodos e argumentos usados pela ciência para criar uma escala de tempo na história da Terra é útil na busca de uma possível conciliação entre os resultados discordantes. Entretanto, nesta busca deve-se ter em mente que quando se deseja manter a visão de mundo teísta cristã não se deve abrir mão de conceitos fundamentais sobre o caráter de Deus.

Nas seções seguintes vamos abordar alguns aspectos dos métodos científicos usados para datar eventos da história da Terra.

Geocronologia



Para entender publicações científicas especializadas, freqüentemente é útil conhecer a definição de alguns termos.

Geocronologia: o termo geocronologia tem sido usado em dois sentidos:

Sensu lato – qualquer processo de estudar eventos (geológicos) em relação ao tempo, cronométrico e cronoestrático, e a calibração mútua deles criando assim uma escala de tempo.

Sensu stricto – métodos de laboratório que determinam datas em unidades de tempo padrão (ano, ka (kilo annum – 10³ anos), Ma (Mega annum – 10⁶ anos), Ga (Giga annum – 10⁹ anos)). (Harland et al. 1990).

A definição do termo geocronologia envolveu duas palavras importantes que precisam esclarecimento. Os processos de estudo cronométricos devem produzir uma escala cronométrica ou seja valores em anos do tempo decorrido desde uma série de eventos tais como a deposição de um sedimento ou um derrame vulcânico. Os processos de estudo cronoestráticos devem produzir uma escala cronoestrática ou seja uma escala de seqüências de rochas com pontos de referência padronizados selecionados em estratotipos e seus limites. Um estratotipo é uma seção que apresenta um conjunto de caraterísticas de uma unidade estratigráfica de modo típico.

O objetivo principal da geocronologia é calibrar a escala cronométrica com a estratigráfica produzindo uma escala geocronológica que é assim composta de divisões estratigráficas padrão calibradas em anos.

Ler estas definições pode não tornar as coisas mais claras. É bom olhar um pouco a história da estratigrafia, dos métodos cronométricos e das calibrações das duas escalas.

O objetivo da estratigrafia tem sido o de classificar as rochas de uma forma que possa estabelecer uma seqüência de sua formação no tempo. Observa-se que desde o seu início esta ciência tem se desenvolvido dentro de um contexto que pressupõe um modo de pensar naturalista e que as estruturas geológicas formaram-se gradualmente ao longo do tempo. A idéia básica é de que as rochas são as páginas da história da terra. Assim a estratigrafia deve colocar em ordem cronológica estas páginas. (Duff 1993)

A estratigrafia se desenvolveu baseada no princípio do uniformitarianismo e na lei da superposição.

• Princípio do Uniformitarianismo – enunciado a primeira vez por James Hutton em 1785 – segundo este princípio, as causas da formação de rochas no passado podem ser vistas nos fenômenos geológicos que ocorrem hoje. A palavra princípio é aqui empregada de modo diferente do seu emprego na física onde os princípios têm aplicação geral sem exceções e ressalvas. Dada a natureza dos fenômenos geológicos pode-se perceber facilmente as limitações deste princípio.
  
• Lei da Superposição – empregado primeiro por Willian Smith e Georges Cuvier no final do século XVIII e início do século XIX – segundo esta lei, rochas estratificadas acumularam-se camada por camada numa sucessão contínua de forma que as camadas inferiores são mais antigas que as de cima. Pode-se observar que esta lei tem aplicação limitada. Há casos em que as rochas estão tão deformadas que a lei da superposição não pode ser aplicada.
  

Usando apenas estas regras é possível ordenar as rochas em algumas regiões, mas não correlacionar seqüências de rochas de lugares diferentes separados por grandes distâncias. Para tornar isto possível Smith na Inglaterra, Cuvier e Brongniart na França, introduziram outro conceito a partir de suas observações de fósseis em rochas. Estas observações mostravam que numa sucessão de camadas de rochas sedimentares cada depósito possuía um conjunto peculiar de fósseis permitindo usá-los para distinguir diferentes formações de rochas. Ao acrescentar a hipótese de que os fósseis representavam organismos que viveram durante um dado intervalo de tempo na história da terra, não tendo ocorrido nunca antes e não tendo aparecido de novo outra vez, a classificação de rochas sedimentares pelo seu conteúdo de fósseis passou a ser interpretada como a identificação da idade relativa do estrato. A bioestratigrafia, ciência que estuda os estratos de rocha pelo seu conteúdo de fósseis, é usada atualmente para correlacionar a "idade relativa" de estratos de rochas de continentes diferentes, por alguns fósseis que contém, denominados fósseis índice.

Estes métodos de datação relativa foram usados no século XIX para construir uma seqüência estratigráfica com a limitação de não ser possível atribuir valores numéricos em anos para desde a sua formação. A parte mais detalhada desta seqüência, consistindo de rochas sedimentares contendo fósseis, é conhecida como o Eon Fanerozóico (Fanerozóico quer dizer aparecimento da vida). O Fanerozóico é dividido em eras e períodos como mostra a Tabela 1.

Tentativas de avaliação do tempo decorrido foram feitas baseadas sempre em hipóteses naturalistas e uniformitárias a respeito da temperatura da Terra, a salinidade dos mares e taxas de acúmulo de sedimentos. Apesar de os resultados destes métodos variarem de poucas dezenas de milhões de anos até 1,5 bilhões de anos, (Dalrymple 1991) os resultados de Lord Kelvin (William Thomson 1824-1907), dando menos de 100 milhões de anos para uma Terra habitável por seres vivos, foram os que causaram maior impacto na comunidade científica devido aos argumentos baseados em leis físicas e modelos matemáticos. Vencido pelos "argumentos científicos", Darwin reescreveu partes de seu Origem das Espécies e a maioria dos geólogos adaptou seus conceitos de eventos geológicos ao tempo restrito proposto por Kelvin (Eicher 1988).


Tabela 1 – A seqüência estratigráfica do Fanerozóico

Eras	Períodos
C E N O Z Ó I C A	Quaternário
	Terciário
M E Z O Z Ó I C A	Cretáceo
	Jurássico
	Triássico
P A L E O Z Ó I C A	Permiano
	Carbonífero
	Devoniano
	Siluriano
	Ordoviciano
	Cambriano

Analisando este gráfico observa-se que os valores de tempo atribuídos aos limites entre os períodos da seqüência estratigráfica não variaram muito desde as primeiras estimativas usando análises químicas. Depois da introdução das análises isotópicas com espectrógrafos de massa a partir da década de 50 os valores ficaram praticamente estáveis apesar dos aperfeiçoamentos técnicos do final deste século. Um gráfico semelhante apresentado por Eicher (1988) p. 83, mostra o crescimento da expectativa do tempo geológico desde os 100 milhões de anos das estimativas de Kelvin, no final do século XIX até 4,5 bilhões de anos em nossos dias. Entretanto o mesmo gráfico mostra a estabilidade de expectativa de tempo das eras do Fanerozóico no século XX.

Gráfico 1. Valores, em milhões de anos (Ma), atribuídos para os limites de período geológico. Dados adaptados de Harland et al. (1990).

Os Métodos de Datação em Geocronologia



Há na atualidade vários métodos que são utilizados para calibrar a escala estratigráfica com uma escala cronológica. Para verificar quais estão sendo mais utilizados fizemos um levantamento na base de dados INSPEC (Physics) desde 1995 até o primeiro semestre de 1998, usando apenas a palavra "geochronoly" com chave de busca. Próximo de 100 artigos foram encontrados por semestre com flutuações às vezes devido a publicações em congressos especializados.

Uma análise do conteúdo destes artigos mostra a natureza dos mesmos e a distribuição de métodos de pesquisa utilizados. O gráfico 2 mostra a distribuição de métodos mencionados nos artigos. Em alguns artigos há a menção de mais de um tipo de método e alguns artigos não caracterizáveis facilmente ou com métodos raramente mencionados não foram incluídos.


Gráfico 2. Freqüência com que diversos métodos de pesquisa são mencionados em artigos de geocronologia encontrados na base de dados INSPEC (Physics) entre 1995 e 1998.


Podemos classificar os métodos empregados em três grupos:

• métodos de pesquisa em estratigrafia (paleomagnetismo e estratigrafia);
  
• métodos de datação baseados em quantidade de isótopos radioativos e seus derivados
  (⁴⁰Ar/³⁹Ar, K/Ar, U/Pb, Rb/Sr, Sm/Nd, Re/Os, ²³⁰Th/²³⁴U, Séries do U, ¹⁴C);
  
• métodos baseados em danos de radiação cumulativos causados no material geológico (Traços de Fissão, TL/OSR, ESR).
  

As menções de pesquisa em estratigrafia aparecem em cerca de 34% dos artigos. O método mais citado de pesquisa estratigráfica utiliza a orientação da magnetização das rochas. Supõe-se que a rocha tenha-se formado em alta temperatura e a direção da magnetização da mesma seria a direção do campo magnético terrestre por ocasião do seu resfriamento. Estudos deste tipo indicam diversas reversões do campo magnético terrestre, que são usadas como referência em estratigrafia. Os artigos que mencionam este tipo de estudo foram contados nas colunas sob o título de paleomagnetismo, aparecendo em cerca de 20% dos artigos. Cerca de 70% destes artigos não mencionam métodos de datação para calibrar as inversões magnéticas no tempo.

Dos métodos de datação baseados em quantidades de isótopos radioativos e seus derivados, observa-se que os mais utilizados são os que envolvem o isótopo radioativo ⁴⁰K (K/Ar e ⁴⁰Ar/³⁹Ar). Os outros método que se destacam são os métodos do U/Pb, (mais utilizado para tempos maiores do que o tempo atribuído ao Fanerozóico), e o método do C14, que tem utilidade limitada a tempos curtos em datação arqueológica e a parte do período quaternário.

O método de datação por traços de fissão baseia-se nos danos causados na estrutura cristalina da rocha pelas partículas resultantes da fissão expontânea do ²³⁸U, sendo aplicado a rochas em qualquer período da seqüência estratigráfica. São mencionados em cerca de 5% dos artigos.

Os métodos de TL/OSL e ESR, são baseados na criação de defeitos em cristais pela radiação ionizante proveniente do ambiente e de isótopos radioativos na própria rocha, e tem sido utilizados para datação de parte do período quaternário e datações arqueológicas. Deixaram de ser utilizados para outros períodos por não darem resultados compatíveis com o esperado (Ikeya 1983). São mencionados em cerca de 5% dos artigos, mas vários deles tratam apenas de estudos da viabilidade do método para datação geológica ou de estudos dos modelos dos fenômenos de termoluminescência (TL) ou luminescência opticamente estimulada (OSL).



Uma Rápida Descrição de Alguns Métodos



Métodos que Usam Proporções de Isótopos Radioativos e seus Derivados



Para tornar mais claro o que está em discussão vamos procurar descrever brevemente alguns princípios envolvidos nos métodos de datação.
Nas determinações de idade de um material usando a desintegração radioativa são necessários os seguintes requisitos principais.

1. Exista no material um nuclídeo radioativo A cuja quantidade inicial é conhecida.
   
2. O nuclídeo radioativo A, por desintegração, se transforma em outro nuclídeo B a uma taxa conhecida λ.
   
3. O sistema permanece fechado com respeito aos nuclídeos A e B durante o tempo a ser considerado. Ou seja não houve acréscimos nem perdas de material à partir do ambiente.
   

Conhecidas a quantidade inicial [[i]A] de A e a quantidade atual [[i]B] de B, (supondo que a quantidade inicial de [i]B é nula), o tempo decorrido para formar [i]B é dado por:


Para todos nuclídeos radioativos utilizados atualmente em datação, as propriedades relativas à taxa e modos de desintegração está bem conhecida. Os estudos em física nuclear também indicam que a taxa de desintegração não é sensível a fatores ambientais comuns. Assim o requisito número 2 pode-se considerar bem estabelecido.

Quanto ao requisitos 1 e 3, um conceito importante é o de [i]temperatura de fechamento. Os produtos de desintegração não fazem parte do retículo cristalino do material podendo difundir através dos sólidos. As taxas de difusão são bastante dependentes da temperatura. A temperatura de fechamento é a temperatura do material em que os produtos de desintegração são supostamente retidos inteiramente. A idade isotópica seria medida a partir do tempo em que a temperatura do material ficou abaixo da temperatura de fechamento. Cada material e cada sistema de datação possui uma determinada temperatura de fechamento determinada por experimentos em laboratório e pelos modelos matemáticos para o fenômeno de difusão. Os valores destas temperaturas variam desde cerca de 800°C para U/Pb em zircão até pouco mais que 100°C para K/Ar em feldspatos de potássio (Tabela 4.1 em Harland et al. 1990 p. 74).

A temperatura de fechamento também depende da taxa de resfriamento, sendo menores para taxas de resfriamento lentas. A hipótese nesta discussão é que o "relógio radiométrico" é "zerado" quando o material fica a uma temperatura maior do que a temperatura de fechamento. Por exemplo, no caso da datação por K/Ar ou ⁴⁰Ar/³⁹Ar, é usada a idéia de que acima da temperatura de fechamento todo argônio escape de dentro do material de forma que todo argônio encontrado num cristal de uma rocha é proveniente da desintegração do ⁴⁰K. Por vezes junto com esta hipótese inclui-se a hipótese de que os tempos geológicos são muito grandes, de forma que mesmo temperaturas não muito altas poderiam efetivamente zerar o relógio radiométrico. Se alguns fenômenos geológicos se dão rapidamente como apontam os modelos criacionistas, o zeramento de alguns relógios radiométricos pode ser parcial.

Outros fatores que podem alterar a composição isotópica de um sistema é a presença de fluidos e deformações. Estes dois efeitos são mais complexos de forma que sua modelagem e quantificação não é fácil.

Um outro fator que pode interferir no zeramento do relógio é possível falta de gradiente de concentração num dado sistema de forma que a difusão de um determinado nuclídeo não ocorre havendo sua retenção mesmo a temperaturas maiores que a de fechamento.

Método do Potássio Argônio e ⁴⁰Ar/³⁹Ar




O método de K/Ar ou seu derivado mais utilizado de ⁴⁰Ar/³⁹Ar, baseia-se no isótopo ⁴⁰K que é radioativo. O potássio encontrado em a Natureza é composto de uma mistura dos isótopos ³⁹K (93.26%), ⁴¹K (6,73%) e ⁴⁰K (0,0117%). Em 89,52% dos átomos de ⁴⁰K o núcleo emite um elétron (radiação β ^– ) transformando-se em ⁴⁰Ca com uma constante de desintegração λ_{β ^–} = 4,962 x 10^-10 1/ano. Em 10,48% dos átomos, o núcleo captura um elétron (dos elétrons do átomo que passam muito perto do núcleo), transformando-se em ⁴⁰Ar com uma constante de desintegraçãoλ_e= 0,581 x 10^-10 1/ano. A taxa de desintegração total é λ = λ_{β ^–} + λ_e. Dado um cristal que contém potássio e inicialmente nenhum argônio, o tempo pode ser calculado por

A quantidade de ⁴⁰K é inferida a partir da medida da quantidade total de potássio. Espera-se que abaixo da temperatura de fechamento todo argônio fique retido no retículo cristalino do material, podendo ser extraído e medido. Na década de 60 foi desenvolvido um novo método de determinar a quantidade relativa de ⁴⁰Ar e ⁴⁰K de forma indireta mediante a transformação de ³⁹K em ³⁹Ar pela irradiação da amostra com neutrons (McDougall e Harrison 1988). A amostra irradiada é posta num sistema de vácuo onde o argônio é extraído e analisado num espectrômetro de massa para determinar as abundância relativa de ⁴⁰Ar, ³⁹Ar, ³⁷Ar e ³⁶Ar. Para evitar a necessidade de determinar a dose absoluta de neutrons rápidos as proporções de isótopos do argônio são comparadas com as proporções obtidas em uma amostra de idade K/Ar "conhecida" que é irradiada junto com a de idade desconhecida. O novo método tem a vantagem de obter a medida da razão ⁴⁰Ar/⁴⁰K numa única análise isotópica dispensando uma análise separada para medir a quantidade de potássio na amostra. Isto evita os problemas de amostras não homogêneas, permitindo o uso de amostras menores. Além disto razões isotópicas podem ser medidas com mais precisão do que determinações separadas de potássio e argônio. Uma técnica de extração do argônio com aquecimento em degraus permite analisar possíveis problemas de perda de argônio. Um possível problema do método é a necessidade de calibração por uma amostra de "idade conhecida".

Método do U/Pb

Gráfico 4. Curva de concórdia do método de U/Pb

O método do U/Pb baseia-se nas séries de desintegração do ²³⁵U levando a ²⁰⁷Pb com taxa λ₂₃₅ = 9,8485 x 10^-10 1/ano e do ²³⁸U levando a ²⁰⁶Pb com taxa λ₂₃₈ = 1,55125 x 10^-10 1/ano e no fato que em todas amostras da Terra ²³⁸U/²³⁵U = 137,88. Se uma amostra que continha urânio se manteve fechada para perdas de Pb, as razões ²⁰⁷Pb/²³⁵U e ²⁰⁶Pb/²³⁸U devem corresponder a um mesmo tempo dado por:

Método do ¹⁴C



O método do ¹⁴C é aplicado apenas a materiais de origem animal ou vegetal. A hipótese básica é que os seres vivos têm sempre a mesma proporção de ¹⁴C/¹²C. O ¹⁴C é produzido pela interação de raios cósmicos com o ¹⁴N na atmosfera. O ¹⁴C é radioativo emitindo uma partícula β ^– com uma constante de desintegração λ = 1,210 x 10^-4 1/ano. Se o material orgânico dos restos de um ser vivo ficar num sistema fechado, a quantidade de ¹⁴C diminui exponencialmente com o tempo. Uma medida da proporção de ¹⁴C/¹²C em uma amostra permite avaliar o tempo desde o isolamento do sistema.

Recentemente tem sido desenvolvido um novo método denominado, Espectrometria de Massa com Aceleradores, para medir a quantidade de ¹⁴C numa amostra. O carbono retirado da amostra é colocado na fonte de íons de um acelerador de partículas do tipo Van der Graaf de dois estágios. Os íons acelerados são identificados por várias técnicas que usam campos magnéticos. Os vários problemas de identificação tem sido resolvidos recentemente. Uma descrição do método com alto nível técnico pode ser visto em Litherland (1987). As vantagens do método são:

• a quantidade de amostra necessária é muito pequena (da ordem de miligramas) permitindo datar relíquias e;
  
• espera-se poder datar amostras de até 80000 anos pois não há mais problemas com baixas taxas de contagem. (Entretanto, na realidade não se tem conseguido obter idades aparentes maiores que 60000 anos.)
  

Em geocronologia o método é empregado em amostras orgânicas de parte do Quaternário.

Como a hipótese de que a razão ¹⁴C/¹²C tenha se mantido constante no tempo, é discutível, muito esforço tem sido dedicado para calibrar o método com outros processos de datação. Idades por ¹⁴C de madeira de árvores muito duradouras comparadas com a idade das mesmas obtida por contagem de anéis de crescimento (dendrocronologia) têm sido bem sucedidas nesta calibração até cerca de 3000 anos antes do presente. Para tempos maiores os resultados são mais discutíveis. Vários estudos por Brown (1975, 1977, 1988, 1990) discutem uma possível interpretação das idades medidas por ¹⁴C compatível com o relato bíblico.

Métodos que Usam Danos Cumulativos Causados pela Radiação Sobre Materiais Geológicos.



Para estes métodos o conceito de temperatura de fechamento também é importante, pois um aquecimento do material sempre apaga os efeitos da radiação sobre o material. As temperaturas de fechamento para estes processos são relativamente baixas, da ordem de 200°C ou menos.

Datação por Traços de Fissão Espontânea.



O isótopo do Urânio com número de massa 238 sofre fissão espontânea com meia-vida em torno de 10¹⁶ anos. A fissão é um processo no qual o núcleo do átomo divide-se em duas partes de massas semelhantes. A grande carga positiva das duas partes faz com que se afastem com grande velocidade. Sendo partículas "pesadas" destruem em seu caminho as ligações entre os átomos do sólido em que o átomo de ²³⁸U estava. Fleischer, Price e Walker (1965) desenvolveram métodos de detectar os traços deixados pelos fragmentos de fissão na estrutura cristalina de um mineral. Uma superfície recentemente quebrada do mineral é tratada quimicamente. Os locais danificados pelos fragmentos de fissão são mais desgastados pelo tratamento químico, tornando-se visíveis ao microscópio. O conteúdo de urânio da amostra é determinado, submetendo-a a um fluxo conhecido de neutrons lentos, e um novo tratamento químico. Os novos traços de fissão que aparecem serão devidos ao ²³⁵U. Como a proporção ²³⁸U/²³⁵U = 137,88 é conhecida pode-se determinar a quantidade de ²³⁸U no material. Com estes dados é possível estimar o tempo que levou para a formação dos traços de fissão espontânea. Um ponto crucial para este método está relacionado com o fenômeno que causou o "zeramento do relógio". Há evidências de que traços de fissão em material da crosta podem sobreviver o transporte por atividade vulcânica (Naesser 1971).

Datação por Termoluminescência

Vários cristais naturais tais como quartzo (SiO₂), calcita (CaCO₃), fluorita (CaF₂) e outros quando aquecidos emitem uma luminosidade diferente da incandescência denominada Termoluminescência (TL). Este fenômeno é devido a elétrons ou buracos presos em armadilhas situadas energeticamente entre a banda de valência e a banda de condução de um cristal. O aquecimento libera os elétrons ou buracos que podem se recombinar com emissão de luz. O gráfico 5 mostra a intensidade de luz da emissão de TL de uma amostra de dolomita.

Gráfico 5 Curvas de emissão TL da dolomita natural e irradiada com raios γ

A experiência mostra que a intensidade da luz emitida na TL cresce com a dose de radiação ionizante que incidiu sobre o cristal.

O fenômeno pode ser usado para datação se:

• Houver um mecanismo de zeramento da TL (aquecimento da amostra ou exposição à luz solar que em alguns casos elimina a TL)
  
• A taxa de irradiação do ambiente em que se encontra a amostra for conhecida
  
• For possível construir uma curva de calibração de intensidade TL versus dose de irradiação recebida pela amostra.
  

O método tem sido usado para datação arqueológica de cerâmicas, sedimentos de areia (usando a hipótese de que o Sol zera o sinal termoluminescente) e formações calcárias de cavernas (usando a hipótese de que o cristal recém formado não apresenta nenhum sinal TL).

A datação por Luminescência Opticamente Estimulada (OSL) e Ressonância de Spin Eletrônico (ESR) baseia-se nos mesmos princípios da datação por TL.

Conclusões



Ao estudar os vários aspectos do problema de tempo nos modelos de origens, devemos considerar:

• Que influência as tendências naturalistas e uniformitaristas desenvolvidas nos séculos XVIII e XIX tiveram na interpretação dos resultados dos métodos radioativos?
  
• A estabilidade dos valores de tempo atribuídos à seqüência estratigráfica, observada durante o século XX após a introdução dos métodos radiométricos de datação são resultado da confiabilidade do método ou devido a influência de controle externas tais como escolha de amostras e processos que dêem o resultados esperado?
  

Por exemplo, ao ler a seção sobre interpretação de datas obtidas por K/Ar em Harland et al. (1990) percebem-se vários problemas enfrentados para escolher as amostras adequadas para a calibração da seqüência estratigráfica. Em outro lugar neste mesmo trabalho há a declaração: "Um banco de dados de determinações isotópicas críticas foi coletado incluindo nosso julgamento sobre que resultados são aceitáveis experimentalmente e úteis estratigraficamente." (Harland et al. 1990 p. 9)

• A distribuição de freqüência de métodos utilizados em geocronologia nos últimos 4 anos mostra também uma escolha preferencial por alguns poucos métodos, apesar dos esforços para desenvolver novos métodos "independentes". Qual será o critério para esta escolha? Seria o fato de alguns métodos produzirem resultados mais "adequados"?
  

A maioria das questões levantadas acima são problemas para pessoas que adotam uma visão de mundo naturalista. Para nós, que adotamos uma visão de mundo teísta cristã o problema é maior. Aceitamos, com ressalvas, o valor do método científico. Os métodos de datação desenvolvidos a partir de uma visão de mundo naturalista, com metodologia científica de boa qualidade em vários de seus aspectos produz resultados com valores muito grandes comparados com nossa compreensão do texto bíblico. Deve-se admitir que tentar interpretar todos estes resultados de forma a se encaixarem num modelo que inclui a criação de seres vivos a menos de dez mil anos e a formação da maior parte da seqüência estratigráfica em um ano, envolve uma escolha que não se enquadra no modo de pensar da comunidade científica atual.

Nos meios criacionistas observam-se diversas posturas que vão desde rejeitar qualquer resultado de qualquer método de datação até reinterpretação do texto bíblico para acomodar as escalas de tempo aceitas no momento nos meios naturalistas.

Algumas posturas intermediárias não vêem problemas em aceitar os modelos de origem do universo e dos sistemas planetários como a ciência naturalista (e especulativa) de hoje descreve, enquanto acreditam que o relato de Gênesis 1 e 2 se refere a atos especiais de Deus para estabelecer a vida na Terra e que o relato de Gênesis 7-9 refere-se a fenômenos globais dirigidos por Deus para tornar a maldade humana controlável. Os resultados dos métodos de datação aqui descritos seriam devido a características iniciais dos materiais datados e zeramentos parciais dos "relógios radiométricos". A aceitação deste tipo de compromisso implica na necessidade muita pesquisa científica em áreas interdisciplinares da astrofísica, geofísica, geoquímica e paleontologia, na busca de um quadro consistente com estas ciências e o relato Bíblico.

Apesar de tudo, na qualidade de educadores cristãos, devemos preparar nossos alunos para entender o valor e as limitações da ciência, o valor de uma interpretação consistente da Bíblia, e também o valor de aceitar pacientemente que:


"... o justo viverá pela sua fé." (Habacuque 2:4 última parte).

e que:


"Visto como o livro da Natureza e o da revelação levam a estampa da mesma inteligência dominante, não podem eles deixar de estar em harmonia mútua. Por métodos diferentes em diversas linguagens dão testemunho das mesmas grandes verdades." (E. G. White - Educação p. 128).




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