Efeito Reservatório em Radiocarbono Marinho

  • O carbono 14 ou radiocarbono é constantemente formado na atmosfera.
  • Teoricamente, a concentração de radiocarbono na atmosfera é a mesma que nos oceanos e na biosfera através do equilíbrio.
  • Devido ao efeito reservatório marinho, o conteúdo de radiocarbono dos organismos terrestres não é o mesmo dos organismos marinhos.
  • Fatores de correção do efeito reservatório marinho para diferentes oceanos no mundo foram estabelecidos e registrados em um banco de dados.
  • As conchas de moluscos são as espécies mais frequentemente submetidas à datação por radiocarbono.
Shells

O princípio básico da datação por radiocarbono inclui a suposição de que existe um nível constante de carbono 14 na atmosfera e, portanto, em todos os organismos vivos através do equilíbrio. O carbono 14 é um isótopo natural do elemento carbono e é chamado de radiocarbono por ser instável e levemente radioativo.

Outra característica do carbono 14 é que ele é continuamente formado na atmosfera superior, como um produto da reação dos neutrões produzidos por raios cósmicos e átomos de nitrogênio. Estes átomos de carbono 14 reagem instantaneamente com o oxigênio presente na atmosfera para formar dióxido de carbono. O dióxido de carbono produzido com carbono 14 é indistinguível do dióxido de carbono que contêm outros isótopos de carbono. Por esse motivo, a trajetória do carbono 14 para o oceano, plantas e outros organismos vivos é o mesmo que o do carbono 12 e 13.

Também supõe-se que existe equilíbrio entre a formação e a deterioração do carbono 14 e, portanto, há um nível constante de carbono 14 na atmosfera em um determinado momento desde o passado até o presente.

Os pressupostos, no entanto, não explicam os fatos como realmente são. Há vários fatores que precisam ser considerados, já que afetam a concentração global de carbono 14 e, portanto, a de uma determinada amostra submetida à datação por radiocarbono.

Ciclo Global de Radiocarbono

A atmosfera, os oceanos e a biosfera são reservatórios de radiocarbono de concentrações variadas. O radiocarbono formado na atmosfera se dissolve nos oceanos na forma de dióxido de carbono e passa a ser assimilado pelas plantas, através da fotossíntese, entrando nas cadeias alimentares. É assim que os organismos terrestres absorvem carbono 14 em seus sistemas.

Os organismos marinhos e aqueles que os consomem absorvem o carbono 14 a partir do processo de troca do carbono 14 (no formato de dióxido de carbono) na atmosfera e no oceano ou qualquer corpo de água. Entretanto, os conteúdos de carbono 14 não são iguais nas camadas superficiais que se misturam, em comparação com o fundo dos oceanos. Por essa razão, nem todos os organismos marinhos têm o mesmo conteúdo de radiocarbono.

Efeito Reservatório Marinho

Há muitos fatores que precisam ser considerados quando medimos o teor de radiocarbono de uma determinada amostra. Um dos quais é o conteúdo de radiocarbono da planta ou do animal quando estava vivo, bem como do seu ambiente local.

Isto é especialmente verdadeiro quando comparamos amostras de organismos terrestres e daqueles que assimilaram radiocarbono do ambiente marinho. Mesmo quando os organismos têm a mesma idade, eles não têm o mesmo conteúdo de carbono 14 e, portanto, apresentam idades diferentes de radiocarbono.

Os oceanos são grandes reservatórios de carbono 14. As superfícies dos oceanos e de outros corpos de água têm duas fontes de radiocarbono – dióxido de carbono atmosférico e o oceano profundo. As águas profundas dos oceanos obtêm carbono 14 misturando-se com as águas da superfície e também a partir da deterioração radioativa que já esteja ocorrendo em seus níveis. Estudos mostram que o equilíbrio de dióxido de carbono (com carbono 14) nas águas de superfície é da ordem de 10 anos. O grau de equilibração do dióxido de carbono em águas profundas permanece desconhecido.

As datas de radiocarbono de organismos terrestres e marinhos de idade equivalente apresentam uma diferença de aproximadamente 400 anos de radiocarbono. Os organismos terrestres, tal como as árvores,obtêm carbono 14 especialmente a partir do dióxido de carbono da atmosfera, mas o mesmo não acontece com os organismos marinhos. As amostras de organismos marinhos como conchas, baleias e focas parecem ser bem mais antigas.

Outro fator a ser considerado é que a magnitude do efeito reservatório marinho não é a mesma em todas as localidades. A mistura de águas profundas com as águas superficiais – em um fenômeno conhecido como ressurgência – depende da latitude e acontece predominantemente na região equatorial. O formato do litoral, o clima local e os ventos, os ventos alísios e a topografia do fundo do oceano também afetam a ressurgência.

De acordo com um estudo publicado em 1972 por J. Mangerud, a variação global em efeitos reservatório marinhos de radiocarbono, evidente em carbonatos de conchas, é devida à mistura incompleta de águas ressurgentes com carbonatos inorgânicos “antigos” do oceano profundo onde longos períodos de permanência de mais de mil anos causam o esgotamento de atividade de carbono 14 através da deterioração radioativa, resultando em uma idade aparente de carbono 14 muito antiga.

Como Determinar Efeitos Reservatório Marinhos?

Três métodos são utlizados para determinar diferenças regionais no efeito reservatório de radiocarbono marinho, assim como foi explicado por Sean Ulm em um relatório de dezembro de 2006:

  • Datação direta por radiocarbono de espécies marinhas coletadas vivas antes de 1955 DC, de idades históricas conhecidas;
  • Datação por radiocarbono de amostras pareadas de conchas/carvão vegetal provenientes de contextos de alta integridade arqueológica, que se assume sejam contemporâneas; e
  • Datação por radiocarbono e/ou datação pareada de radiocarbono e urânio-tório (tório-230 e urânio-234) de corais vivos ou conchas vivas de longa vida com bandas de crescimento anual bem claras.

Correção do Efeito Reservatório Marinho

Amostras marinhas e terrestres não podem ser comparadas ou associadas sem contabilizar o efeito reservatório marinho de radiocarbono. Fatores de correção para diferentes oceanos ao redor do mundo são encontrados em um banco eletrônico de dados chamado “Marine Reservoir Correction Database”, o qual foi parcialmente financiado pelo Instituto de Pré-História Egeia (Institute for Aegean Prehistory). As correções atuais variam de acordo com a localização, devido às complexidades na circulação oceânica.

O banco de dados também foi desenvolvido para ser utilizado com programas de calibração de datação por radiocarbono, tais como o CALIB (Stuiver and Reimer, 1993) ou o OxCal (Bronk Ramsey, 1995), utilizando o conjunto de dados de calibração marinha de 2013.

Correção do Reservatório Localizado (Delta±R)

O valor Delta±R é apenas usado nas análises de carbonatos marinhos.

Dependendo da idade do carbonato marinho, uma correção de 200 a 500 anos (ou seja, uma correção de reservatório marinho global) é feita automaticamente em todos os carbonatos marinhos. Esta correção automática faz com que a idade de radiocarbono seja mais recente, visto que leva de 200 a 500 anos para o dióxido de carbono atual ser incorporado e distribuído (equilibrado) através da coluna de água oceânica.

Uma correção Delta±R é aplicada à amostra, uma vez que a mesma tenha passado pela correção de reservatório marinho global. O valor fornecido pelo cliente é subtraído ou acrescentado a esta idade já corrigida (dependendo do valor: Delta+R ou Delta-R). Nota: Um valor negativo Delta-R resultará em uma data mais antiga (tipicamente presumindo a diluição de água doce a partir da média marinha global).

Os relatórios de amostras encontrados abaixo mostram a diferença entre a idade de radiocarbono de 1000 +/-30 AP com um valor Delta R onde 0+/-0 (ou seja, com apenas a correção de reservatório marinho global) e uma data de radiocarbono de 1000 +/-30 AP com um valor Delta R de 222+/-35 e uma correção de reservatório marinho global incluída.

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O Efeito da Água Dura

Os sistemas de água doce que fluem por pedra calcária ou que são alimentados por água antiga de nascentes podem gerar idades equivocadamente antigas em datações por AMS de carbonatos. O carbono inorgânico dissolvido (DIC – dissolved inorganic carbon) utilizado na formação de conchas ou na precipitação de concreções carbonáticas será mais antigo do que a época da formação devido ao DIC antigo da pedra calcária. Quando esse efeito provém de pedra calcária, ele é conhecido como o “efeito da água dura”. Sistemas aquáticos alimentados por água antiga terão o DIC antigo associado com essa água, e o mesmo efeito pode ser observado. Ambos os fenômenos podem ser classificados como “efeito reservatório”.

A melhor forma de saber a compensação do reservatório é analisar os materiais orgânicos associados às conchas, que não estão sujeitas ao efeito. Normalmente, utiliza-se carvão ou sementes encontrados em associação próxima ao carbonato para comparar as idades por carbono-14, e usar a diferença para corrigir as conchas.

Se o pesquisador não estiver ciente de qualquer compensação, o laboratório recomenda uma revisão da literatura e a compreensão dos sistemas geológicos que fornecem a água para o local.

Datação por Carbono de Conchas de Moluscos

Entre todas as espécies de conchas que foram datadas por radiocarbono ao longo dos anos, as conchas de moluscos foram as espécies analisadas com mais frequência. Estas conchas contêm componentes orgânicos e inorgânicos. A conquiolina, o componente orgânico, representa apenas uma pequena parte de toda a amostra. Por esta razão, as medições de radiocarbono costumam ser feitas no componente inorgânico, que é o carbonato de cálcio.

As datações por radiocarbono de carbonatos de conchas apresentam muitos problemas. Os carbonatos são bem solúveis e interagem quimicamente com o meio ambiente, de modo que a precisão dos resultados de datação por carbono 14 não pode ser garantida. Os resultados também devem levar em conta os efeitos reservatórios marinhos de radiocarbono, bem como os efeitos de água dura.