Como Sabemos a Idade das Rochas?
Leilão Palmeirópolis
Uma das perguntas que os geólogos mais ouvem é sobre como eles sabem que uma rocha tem tantos milhões (ou bilhões de anos). Se para um leigo já é difícil imaginar o que seja um milhão de anos, muito mais intrigante é saber que se pode determinar que uma pedra se formou tanto tempo atrás ou que a Terra tem 4,54 bilhões de anos de idade.
Para quem está acostumado a medir o tempo em horas, minutos e segundos ou em dias, semanas, meses e anos, raramente séculos, um milhão de anos é algo realmente muito abstrato. Quanto a isso, porém, nada podemos fazer. Essa é a unidade de tempo que se usa em Geocronologia, que é o estudo da idade da Terra e das rochas que formam sua crosta. Assim como o astrônomo está habituado a falar em milhões de quilômetros, o geólogo fala rotineiramente em milhões de anos. E se isso mostra como somos no universo, como um grãozinho de areia num vasto deserto, ótimo! Vamos exercitar nossa humildade e lembrar que nosso planeta é muito maior e mais antigo que nós e que por isso e por ser ele a nossa casa - nossa única casa! - deve merecer todo respeito e cuidado de nossa parte.
Idade Absoluta e Idade Relativa
Quando se fala da idade de uma rocha, pode-se falar de idade absoluta ou de idade relativa. Vamos ver essa diferença. A idade relativa não nos diz quantos milhões de anos a rocha tem. Ela nos informa que essa rocha é mais antiga ou mais jovem que outra ou então se ela se formou antes ou depois de um determinado evento geológico.
Isso é feito com base em alguns princípios. Princípio é um ponto de partida, uma referência de certo modo inquestionável sem a qual não se pode avançar, em ciência, com qualquer segurança (Carneiro et al.).
1. Princípio da superposição – em uma sequência de camadas de rocha não deformadas cada camada é mais jovem do que aquelas que estão abaixo dela e mais antiga do que as que estão acima. Esse princípio é tão óbvio e tão aceito cientificamente que alguns autores o chamam de lei, não de princípio.
As rochas sedimentares formam-se pela deposição de sedimentos (cascalho, areia, argila etc.) ao longo do tempo, trazidos por agentes transportadores, como as águas de um rio, o vento e as geleiras. Esse material vai sendo empilhado e, naturalmente, quanto mais embaixo ele estiver na pilha mais antigo ele é. Isso vale também para a lava vulcânica, que forma pilhas de até várias dezenas de derrames, como se vê no sul do Brasil, onde há 135 milhões de anos houve intenso vulcanismo formador de basaltos e riodacitos.
O princípio da superposição fala em camadas não deformadas, isso é, que estão na posição horizontal. Acontece que em muitos locais as camadas estão hoje inclinadas. Nesse caso, caminhando-se no sentido do mergulho, nome que os geólogos dão à inclinação das rochas, encontram-se camadas cada vez mais jovem. Andando em sentido oposto, encontram-se camadas cada vez mais antigas. Pode acontecer também de as camadas sedimentares terem sido tão movimentadas que hoje estão em posição invertida. Aí, o estudo detalhado da rocha, incluindo os fósseis (se houver), mostra onde está o topo e onde está a base da camada.
2. Princípio da horizontalidade original – as formações sedimentares são depositadas originalmente na posição horizontal. Qualquer mergulho que elas apresentem é resultado de posterior dobramento ou basculamento.
Por mais irregular que seja a superfície onde os sedimentos começam a se depositar, eles vão originar formações horizontais ou quase horizontais. Esforços posteriores de compressão ou distensão é que poderão mudar essa situação. Há algumas exceções, como depósitos de encostas montanhosas e material depositado em flancos de grandes dunas; nesses casos, é preciso um exame cuidadoso para definir a posição original da camada.
3. Princípio da continuidade lateral original – sequencias estratigráficas idênticas expostas em lados opostos de um vale devem ser interpretadas como restos de camadas que já foram contínuas na área na qual o vale foi aberto.
Quem conhece o Grand Canyon, no Colorado (EUA), ou já o viu em fotos ou filmes lembrará que há um grande pacote de camadas de rochas horizontais de um lado e de outro do rio Colorado. As camadas que estão em um lado aparecem com as mesmas características e na mesma ordem no outro lado, mostrando que eram contínuas e foram erodidas pelo rio.
4. Princípio das relações de interseção – qualquer rocha que foi cortada por um corpo intrusivo ígneo ou por uma falha é mais antiga que o corpo ígneo ou a falha.
Se uma rocha é atravessada por veios de quartzo, por exemplo, ou por outra rocha, de natureza ígnea, esse veio ou essa rocha é mais recente que a rocha que está cortando.
A foto ao lado é da Praia da Joaquina, em Florianópolis. Ali, os morros de granito rosa são cortados por faixas de diabásio, a rocha preta onde se vê o geólogo. Esse diabásio é mais jovem que o granito que está cortando. A idade absoluta é aquela que nos diz, com maior ou menor grau de certeza, há quantos milhões ou bilhões de anos a rocha se formou.
Antes de prosseguir, é importante lembrar que no Brasil um bilhão é mil milhões, mas em alguns países um bilhão é um milhão de milhões. Por isso, para evitar confusão, em geologia é normal se falar em milhares de milhões. Ex.: 1.500 milhões de anos (= 1,5 bilhão). Também é comum se usar a unidade Ma (megaano) para milhões de anos e Ga (gigaano) para bilhões de anos.
A idade absoluta pode ser determinada de duas maneiras: pelo conteúdo fossilífero ou pela datação radiométrica, que utiliza a radioatividade natural das rochas. Se a rocha contém fósseis, sua idade será a idade desses fósseis. Isso é muito simples, mas é um método com enormes limitações. Nem toda rocha contém fósseis; as ígneas, por exemplo, nunca os têm. E, mesmo quando a rocha contém restos ou vestígios de animais ou plantas, eles podem ser de difícil obtenção.
Outro problema é que alguns fósseis viveram durante um período de tempo muito grande, portanto o intervalo possível para a formação da rocha em que estão é muito amplo e de pouca utilidade. Por isso, são muito importantes os chamados fósseis-índices. São seres vivos que viveram durante um período de tempo curto (em termos geológicos) e em amplas áreas do planeta. Desse modo, são relativamente fáceis de encontrar e, quando descobertos, sabe-se que a rocha em que estão tem uma idade que está num intervalo de tempo não muito amplo. São fósseis-índices, por exemplo, trilobitas, foraminíferos, graptolitos e amonitas.
Para superar as grandes limitações da datação pelo conteúdo fossilífero, usa-se a datação radiométrica, que só se tornou possível quando, há cerca de 100 anos, descobriu-se a radioatividade. Radioatividade é o processo de desintegração espontânea de átomos de alguns elementos químicos encontrados na natureza. Toda matéria é formada de átomos e os átomos são constituídos de um núcleo - onde existem prótons e nêutrons - e de elétrons - que giram em torno desse núcleo.
Os elementos químicos radioativos emitem uma radiação que pode ser de três tipos: dois prótons e dois nêutrons - como o núcleo do elemento hélio (radiação alfa) -, elétrons (radiação beta) ou uma radiação eletromagnética - semelhante aos raios X (radiação gama). Com a emissão dessas radiações, os átomos originais, radioativos, transformam-se em átomos de outro elemento, estáveis, isso é, não radioativos. Sabendo-se a velocidade com que esse processo ocorre, determina-se a quantidade do elemento formado pela radioatividade e, assim, determina-se há quanto tempo o processo está ocorrendo naquela rocha. Esse tempo será sua idade. Essa é uma explicação extremamente resumida da que seja datação radiométrica. Mas vamos detalhar isso melhor.
Todo elemento químico tem um número atômico (número de prótons) e um número de massa (soma de seus prótons e nêutrons). O número atômico não varia, é como o número da nossa carteira de identidade. Mas o número de massa pode mudar, como pode mudar nossa massa (ou peso, como habitualmente dizemos). O carbono, por exemplo, tem número atômico 6, mas número de massa que pode ser 12, 13 ou 14. O número de massa do carbono 12 (12C) é invariável, mas o carbono 14 (14C) é radioativo e seus átomos podem sofrer alteração no número de massa (transformando-se em outro elemento químico). Átomos que têm mesmo número atômico, mas diferentes números de massa são chamados de isótopos. O 12C e o 14C são isótopos do carbono.
O 14C ao emitir radiação transforma-se em 14N (nitrogênio). Do mesmo modo, o 147Sm (samário) transforma-se em 143Nd (neodímio); 87Rb (rubídio) transforma-se em 87Sr (estrôncio); 238U (urânio) transforma-se em 206Pb (chumbo) e 40K (potássio) transforma-se em 40Ar (argônio). Esse processo chama-se decaimento radioativo.
O decaimento radioativo pode se dar numa só etapa (ex.: transformação de rubídio em estrôncio) ou envolver várias etapas (ex.: transformação de urânio em chumbo). Ele ocorre com diferentes velocidades em cada um desses pares de elementos e teoricamente nunca termina. Por isso, na datação radiométrica trabalha-se com o conceito de meia-vida, que é o tempo necessário para que metade dos isótopos instáveis se transformem nos correspondentes isótopos estáveis. Numa rocha são necessários, por exemplo, 106 bilhões de anos para que metade do samário original (147Sm) se transforme em neodímio. Portanto, a meia-vida do samário é de 106 bilhões de anos (106 Ga ou 106.000 milhões de anos).
Para que metade do rubídio se transforme em estrôncio, bastam 48,8 Ga, 4,5 Ga para metade do urânio se transformar em chumbo e no máximo 50.000 anos para que 50% do carbono se transforme em nitrogênio. Assim, os elementos químicos a serem usados na datação radiométrica são escolhidos conforme a geologia indique ser a rocha muito antiga ou pouco antiga. A meia-vida do 14C é tão curta (5.730 anos) que não pode ser usado para determinar a idade de rochas. Mas é útil na arqueologia, por exemplo, para calcular a idade de materiais com até 70.000 anos, como madeira, carvão, cerâmica, ossos, roupas etc.
Um equipamento chamado espectrômetro de massa é fundamental para isso tudo, porque mede as razões isotópicas, isso é, a quantidade relativa dos diferentes isótopos existente na rocha. Essas análises exigem laboratórios extremamente limpos para evitar contaminações. O cimento comum usado na construção civil, por exemplo, contém estrôncio, que não pode se misturar com o estrôncio da rocha a ser analisada.
Outro grande cuidado que se deve ter é o de examinar amostras de rochas inalteradas e, obviamente, representativas do corpo de rocha cuja idade se quer determinar. A quantidade de material necessária para análise vai depender do método a ser utilizado. Pode-se usar toda a rocha, só alguns minerais dela ou as duas opções.
O método rubídio-estrôncio permite datar rochas muito antigas, inclusive aquelas trazidas da lua. O método urânio-chumbo é usado principalmente para determinar a idade de minerais isolados, sobretudo cristais de zircão (silicato de zircônio). O método samário-neodímio é muito útil porque pode ser usado mesmo para rochas alteradas e/ou que sofreram metamorfismo, além de servir para rocha de qualquer composição.
As rochas mais fáceis de datar são as ígneas. Na datação de rochas metamórficas geralmente o resultado que se obtém pode ser a idade do início, do meio ou do fim do evento metamórfico. E nas rochas sedimentares a dificuldade reside do fato de elas serem na maioria formadas por fragmentos de diversas outras rochas, de diferentes naturezas e até mesmo de áreas-fonte diversas.
CARNEIRO, C. dal R. et al. A determinação da idade das rochas. Campinas, Terra e Didática, 2005. 1(1):6-35. il.
FAIRCHILD, T. et al. Em busca do passado do planeta: tempo geológico. In: TEIXEIRA, Wilson et al. org. Decifrando a Terra. São Paulo: Oficina de Textos, 2000. 568p. il. p. 320-326.