ficha trabalho datação relativa e absoluta

Área disciplinar de Biologia e Geologia Ano letivo 2012/2013

Ficha de trabalho de Biologia e Geologia Os relógios geológicos Objetivos: - Compreender os conceitos de datação relativa e de datação absoluta. - Conhecer, globalmente, métodos de datação de rochas e de processos geológicos. Esta expressão, os relógios geológicos, mais não pretende do que referir-se a todos os métodos que permitem estabelecer relações de tempo entre processos geológicos. É, precisamente, a palavra relações que constitui a raiz de toda uma série de métodos para datar rochas, baseados nas relações entre elas e no seu conteúdo fossilífero: são as chamadas datações relativas, que tradicionalmente se opõem às datações que proporcionam uma idade numérica e que chamamos de absolutas. Como se vê, em todos os grupos de métodos, há alguns que só permitem estabelecer relações de idade e outros que permitem obter idades numéricas. Os termos datação absoluta e datação relativa possuem um significado próprio, no âmbito de Geologia. A palavra relativo, em linguagem comum, apresenta, muitas vezes, uma conotação um pouco depreciativa que pode ser alastrada ao seu uso em linguagem científica. Por sua vez, o termo absoluto aplicado à idade de uma rocha, pode reportar a vários significados: - a idade em que a rocha cristalizou (se se trata de uma rocha ígnea); - a idade em que a rocha atingiu o seu equilíbrio mineralógico (se é uma rocha metamórfica); - a idade química (se é uma rocha sedimentar formada por precipitação); - a idade em que os fragmentos integrantes se aglutinaram (se é uma rocha sedimentar detrítica). Como as rochas se formam e se destroem, na litosfera terrestre, com relativa rapidez geológica, podemos ter múltiplas idades absolutas para uma mesma rocha. Por fim juntemos, a tudo isto, um pouco da história da formação do Universo. Os átomos de todos os minerais terrestres formaram-se em estrelas antes da formação da Terra. Em conclusão, o termo absoluto, aplicado a datações, oculta o carácter dinâmico dos processos geológicos, quer endógenos quer exógenos, que ocorrem no nosso planeta. Documento 1 “Todos os átomos de um dado elemento têm o mesmo número de protões no núcleo, mas o número de neutrões pode variar. Isótopos são átomos do mesmo elemento com número diferente de neutrões. Por exemplo, todos os isótopos do Potássio têm 19 protões, mas um isótopo tem 21 neutrões e outro tem 20 neutrões. A cada isótopo é dado o nome de elemento seguido do número total de protões e neutrões no núcleo. Por exemplo, potássio-40 é o isótopo de potássio com 19 protões e 21 neutrões e o potássio 39 tem 19 protões mas apenas 20 neutrões. Os diferentes isótopos do mesmo elemento são quimicamente idênticos mas apresentam estrutura nuclear diferente. Muitos isótopos não são radioativos e denominamse estáveis. Não mudam com o tempo. O potássio39 é estável. Outros isótopos são radioativos e instáveis. Em determinado tempo, espontaneamente, desintegram-se (decaimento radioativo). O potássio-40 decompõe-se naturalmente em dois outros isótopos, árgon 40 e cálcio-40. 11% desintegra-se em árgon-40, 89% em cálcio-40 (figurão lado).

MOD.01, revisão 0

Página 1 de 8

Se observarmos um único átomo de potássio-40, quando é que ele se desintegra? É uma questão que não pode ser respondida, porque um único átomo de potássio-40 pode ou não desintegrar-se. Mas se observarmos um número elevado de átomos de potássio-40, eles podem desintegra-se a uma taxa denominada de período de semitransformação do isótopo. O período de semitransformação do potássio-40 é de 1300 M.a. Assim, a desintegração de 1 grama de potássio-40 reduz-se a 0,5 gramas ao fim de 1300 M.a. e a 0,25 gramas ao fim de 2600 M.a. e assim sucessivamente. Aos isótopos instáveis é comum chamar-se átomos-pai e àqueles que resultam da sua desintegração, átomos-filho. O tempo necessário para que metade dos átomospai se transforme em átomos filho chama-se tempo de semivida (ou período de semitransformação) Cada isótopo tem o seu próprio período de semitransformação. Alguns períodos de semitransformação corresponde a alguns segundos e outros a milhares de milhões de anos (ex: quadro seguinte)

A relação entre a quantidade de isótopo-pai e a quantidade de isótopo filho permite, de uma forma simples, chegar por cálculo à datação do início da desintegração. A idade da rocha será, pois, contada a partir do início da desintegração do isótopo-pai e será dada pela fração ou pelo número de semividas decorrido até ao momento considerado.” adaptado de “Geologia 12º Ano”, Porto Editora Documento 2 Após testes laboratoriais são feitos cálculos matemáticos adicionais que permitem construir um diagrama chamado curva de desintegração do radioisótopo considerado (figura 5). Analise-o atentamente.

MOD.01, revisão 0

Página 2 de 8

Período de semitransformação de alguns átomos:

PROPOSTA DE EXPLORAÇÃO 1. Indique as principais limitações: 1.1 da datação absoluta; 1.2 da datação relativa.

I

2. Refira a datação mais eficaz para datar: 2.1 rochas sedimentares; 2.2 rochas magmáticas. 3. Em que tipo de datação o conteúdo fossilífero pode ser um importante contributo? 4 Na Terra fará sentido utilizar um método estrutural baseado na densidade de caracterização? Justifique. 4.1 E a aplicação do mesmo método na Lua? Justifique. 5 Em Geologia, pode fazer-se datação de duas formas: geocronologia relativa e geocronologia absoluta. Em linhas gerais, em que diferem uma da outra? 6 Estabeleça as correspondências possíveis entre os princípios (coluna I) e as afirmações (coluna II).

7 Os cientistas calcularam que uma dada rocha continha 12 gramas de Potássio-40 radioativo quando se formou e que atualmente contém 3 gramas desse mesmo elemento, que se desintegra originando Árgon40. 7.1 Identifique o isótopo-pai e o isótopo-filho. 7.2 Estabeleça a correspondência entre os elementos anteriores e os gráficos seguintes. Justifique.

MOD.01, revisão 0

Página 3 de 8

7.3 Calcule a idade da rocha, sabendo que o tempo de semivida do Potássio-40 é de 1300 M.a. 8 Comente a seguinte afirmação: "A maioria da crusta continental é mais velha que a crusta oceânica." II

1. Quanto tempo demora a ocorrer o decaimento de metade dos isótopos-pai? 2. Um geólogo obteve uma amostra de rocha que pretendia datar. Quantificou na amostra a quantidade de K40 e Ar40, tendo detetado 25 g e 75 g, respetivamente. Qual a idade da rocha datada pelo geólogo? 3. Que explicação sugeria acerca da idade da rocha, caso o geólogo tivesse quantificado 6,25 g de K40 e 93,75 g de Ar40? 4. Comente a afirmação: "O sistema K40 e Ar40 não permite determinar a idade de acontecimentos com algumas dezenas de milhares de anos". 5. Os isótopos referidos são muito usados na datação de rochas vulcânicas, pois quando os materiais são sujeitos a elevadas temperaturas ocorre a libertação do Ar40 sob a forma de gás durante as erupções. Qual a importância deste facto? III O gráfico da figura é relativo à taxa de decaimento radioativo de um isótopo-pai A para um isótopo-filho B, numa rocha que se comportou como um sistema fechado desde a sua formação.

MOD.01, revisão 0

Página 4 de 8

1. Qual é a percentagem de isótopopai para uma idade de 100 M.a.? 2. Qual é a idade aproximada da rocha, caso possua 80% do isótopofilho? 3. Indique, justificando, o período de semivida do isótopo A. 4. Com base nos dados, refira qual será a percentagem de isótopo-pai no tempo O (início). Justifique.

IV

O perfil da figura permite-nos reconstituir vários eventos geológicos, A legenda não se encontra ordenada de acordo com o Princípio da Sobreposição dos Estratos. 1. Estabeleça a idade do filão 11 relativamente aos estratos 3 e 5. 2. Justifique a resposta anterior com base nos princípios do raciocínio geológico.

3. Através da análise da figura pode concluir-se que a falha assinalada com FF' é... a. anterior à deposição dos estratos l, 2 e 3 e posterior à superfície de erosão 12. b. posterior ao filão lie anterior à superfície de erosão representada por 4. c. anterior ao filão lie anterior à superfície de erosão assinalada com 4. d. posterior a todas as formações geológicas e anterior à superfície de erosão 12. (Selecione a opção correta.) V Num trabalho de campo localizaram-se alguns estratos, afetados por falhas verticais, que se ilustram na figura. Os estratos encontravam-se na posição em que se depositaram e eram muito ricos em fósseis. 1. A disposição dos fósseis existentes nos estratos da figura, por ordem decrescente de idade, é... a.trilobite-crinóide-euríptero--braquiópodeblastóide-amonite-gastrópode. b.trilobite-gastrópode-euríptero--crinóidebraquiópode-blastóide-amonite. c.gastrópode-amonite-blastóide-braquiópodeeuríptero-crinóide-trilobite. d.amonite-blastóide-braquiópode-crinóideeuríptero-gastrópode-trilobite. (Selecione a opção correta.)

MOD.01, revisão 0

Página 5 de 8

2. Justifique a resposta à questão anterior. 3. Os blastóides são equinodermes fixos que viveram do Ordovícico ao Pérmico. Indique os períodos compreendidos entre o Ordovícico e o Pérmico. 4. Explique por que razão as trilobites e as amonites são consideradas fósseis característicos. VI Nos EUA, o Grand Canyon, escavado pelo rio Colorado, constitui um dos mais belos e educativos cortes geológicos da Terra, e encontra-se esquematizado, com algumas adaptações, na figura. Os números romanos assinalam descontinuidades na série paleozóica. 1. Considere os seguintes acontecimentos da História geológica da série da região do Grand Canyon, referenciados pelas letras de A a G. A - Formação da "Série do Grand Canyon". B - Intrusão granítica. C - Sedimentação, durante o Pérmico. D - Deformação da "Série do Grand Canyon". E - Erosão fluvial causada pelo rio ColoradoF - Formação dos "Xistos de Vishnu". G - Erosão pré-câmbrica dos "Xistos de Vishnu" e da "Série do Grand Canyon". 1.1. Coloque os acontecimentos geológicos segundo a ordem cronológica do mais antigo para o mais recente. 1.2. Justifique a resposta anterior com base nos princípios estudados anteriormente.

MOD.01, revisão 0

Página 6 de 8

Correção I 1 1.1 O facto de muitos dos elementos químicos que são usados já terem estado presentes na formação de outras rochas (ciclo geológico) e, eventualmente, já terem feito parte de outros corpos celestes. 1.2 A ausência de fósseis em muitas rochas; a dificuldade em estabelecer relações estruturais entre elas; a deformação. 2

2.1 A datação relativa. 2.2 A datação absoluta.

3 Na datação relativa. 4 Não porque o número de crateras existente na Terra é reduzido. 4.1 Sim, porque na Lua há um grande número de crateras e a inexistência de atmosfera/erosão também não as destrói. 5 A geocronologia relativa baseia-se no facto que os estratos mais recentes se formaram sobre os mais antigos, enquanto a geocronologia absoluta permite determinar a idade de uma rocha, estrato ou fóssil, baseando-se no decaimento radioativo dos materiais constituintes. 6. A) 2, 6; B) 3. 7 7.1 7.2

Isótopo-pai - Potássio-40

Isótopo-filho - Árgon-40

Potássio-40 - gráfico A; Árgon-40 - gráfico B. Ao decair radioactivamente o isótopo-pai diminui a sua percentagem (A) aumentando a percentagem do isótopo-filho (B). 7.3 A rocha tem 2600 M.a. de idade. 8. A afirmação é verdadeira. Como a crusta oceânica está continuamente a formar-se nas zonas de rifte e a ser destruída ao nível das zonas de subducção é, na sua maioria, mais recente do que a crusta continental. II 1.1260 M.a. 2. 2520 M.a. 3. A rocha possui uma idade superior a 5000 M.a., o que é impossível. Pode ter havido um erro na quantificação dos dois isótopos, em que a rocha analisada não se comportou como um sistema fechado desde que se formou. 4. Como o tempo de semivida é muito amplo, não é possível detetar variações de idade de alguns milhares de anos, pois o decaimento é pouco significativo para intervalos de tempo reduzidos. 5. Ao ocorrer a libertação do Ar-40, resta apenas o K-40. Este ponto é importante para garantir que, aquando da formação da rocha, 100% dos isótopos presentes sejam do elemento-pai e que o Ar-40 presente nos cristais atualmente resulta do decaimento do K-40 após a formação da rocha. Este ponto é essencial para garantir que a formação da rocha corresponde ao tempo zero. III 1. 70%. 2. Aproximadamente 400 M.a.

MOD.01, revisão 0

Página 7 de 8

3. 200 M.a., pois é o tempo que leva a que metade dos isótopos-pai sofra decaimento para isótoposfilho. 4. É 100%, pois a rocha comporta-se como um sistema fechado, em que o teor inicial de isótopos-pai é 100% e inicia o decaimento para isótopos-filhos. IV 1. 0 filão 11 é posterior ao estrato 5 e anterior ao estrato 3. 2. Segundo o Princípio da Intersecção, o filão 11 é mais antigo do que o estrato 5, pois intersecta-o. No entanto, como o filão 11 não intersecta o estrato 3 (encontra-se por baixo) e o seu topo possui marcas de erosão, é mais antigo do que o estrato. 3. d V 1. A 2. Com base no Princípio da Sobreposição dos Estratos, nos estratos e no seu conteúdo fossilífero é possível correlacionar a idade das rochas e eliminar o efeito da acção das falhas verticais, na perturbação da sequência estratigráfica. 3. Silúrico, Devónico e Carbónico. 4. Porque permitem datar as formações rochosas onde se encontram. VI 1.1 A-F-B-A-D-G-C-E. 1.2. Os "Xistos de Vishnu" foram os primeiros a formarem- se, pois encontram-se na base da sequência estratigráfica e, segundo o Princípio da Sobreposição, são os mais antigos. Após a formação destes xistos, ocorreu a formação de rochas graníticas que intersectam os xistos (Princípio da Intersecção). As duas formações anteriores sofreram erosão e ocorreu posteriormente a deposição da série do Grand Canyon. Esta formação sofreu deformação, pois não se encontra na posição horizontal inicial (Princípio da Horizontalidade Primitiva). Todas as formações anteriores sofreram erosão antes do Câmbrico, de acordo com uma descontinuidade no registo estratigráfico. Durante o Pérmico formaram-se os estratos que se encontram mais próximos do topo. A instalação posterior 'do rio Colorado levou a uma intensa erosão.

MOD.01, revisão 0

Página 8 de 8