Foto cortesia de Paul Mueller
Quais são as rochas mais antigas da Terra, e como elas se formam? O material que detém a maior visão sobre estas questões fundamentais, porque pode conter um registo de algumas das primeiras histórias da Terra, é um mineral chamado zircónio. Por exemplo, alguns grãos de zircônio encontrados no início dos anos 90 em um arenito da Austrália ocidental datam de 4,2-4,3 bilhões de anos, e sabemos pelos meteoritos que a Terra não é muito mais antiga, com 4,56 bilhões de anos. Os professores de geologia Darrell Henry da Universidade Estadual da Louisiana e Paul Mueller da Universidade da Flórida são especialistas em várias técnicas que podem extrair informações precisas sobre a idade dos zircões. Eles estão à procura de algumas das rochas mais antigas da crosta continental, dos zircões dentro deles e das pistas que os zircões contêm sobre a formação do planeta.
Originalmente formados por cristalização a partir de um magma ou em rochas metamórficas, os zircões são tão duráveis e resistentes ao ataque químico que raramente desaparecem. Eles podem sobreviver a muitos eventos geológicos, que podem ser registrados em anéis de zircões adicionais que crescem ao redor do cristal original, como anéis de árvores. Como uma pequena cápsula de tempo, o zircônio registra esses eventos, cada um dos quais pode durar centenas de milhões de anos. Entretanto, o núcleo do próprio zircônio permanece inalterado, e preserva as características químicas da rocha na qual ele originalmente cristalizou.
Zircon contém o elemento radioativo urânio, que o Dr. Mueller chama de “o relógio dentro do zircônio” porque ele converte para o elemento chumbo a uma taxa específica durante um longo período de tempo. Segundo Mueller, isto faz do zircônio “o cronômetro natural mais confiável que temos quando queremos olhar para a primeira parte da história da Terra”. Ele continua a explicar que há duas maneiras de dizer o tempo em geologia. “Uma é um tempo relativo, ou seja, se existe um mineral de um tipo, e crescer em torno dele é um mineral de um segundo tipo, você conhece o mineral interior formado primeiro, mas você não sabe quanto tempo passou entre os dois.” Henry avalia estes tipos de relações minerais nas rochas. A partir dos tipos de minerais e suas distribuições nas rochas, ele reconstrói uma seqüência relativa de eventos que reflete a mudança ao longo do tempo de parâmetros como pressão, temperatura e deformação. Se eu tiver uma rocha metamórfica”, elabora o Dr. Henry, “eu posso usar os tipos de minerais e sua química para determinar as condições que a rocha teve em algum momento de sua história”. Por exemplo, uma temperatura de 700°C e alta pressão de vários milhares de vezes a pressão atmosférica implicam que a rocha tenha estado profundamente na crosta em algum momento de sua história geológica”. Ele infere o que aconteceu com as rochas, mas não há quanto tempo isso aconteceu. É aí que entra o segundo tipo de tempo: absoluto em relação ao relativo. “Nós tentamos fornecer o quando”, explica Mueller. “Meu trabalho é olhar para a química da rocha, incluindo seus isótopos, e tentar derivar os tempos absolutos para eventos que são gravados na rocha e seus zircões”
Quão precisos são esses números reais? “Dependendo da história da rocha, podemos datar as coisas hoje em dia até algo na ordem de algumas centésimas de um por cento da sua idade”, responde Mueller. Isso se traduz, por exemplo, em mais ou menos um milhão de anos em três bilhões. A datação por carbono-14 não pode recuar mais que cerca de 70.000 anos, porque a meia-vida do carbono-14 é de apenas 5.730 anos. (A meia-vida é o tempo que leva para que metade do isótopo radioativo original mude para outro elemento). Em comparação, a meia-vida do isótopo de urânio radioativo 238 é de 4,5 bilhões de anos, o que o torna útil para datar materiais extremamente antigos.
Zircon cronologia começa no campo. “Você sai e procura por relações relativas de idade, veja qual unidade de rocha foi formada primeiro”, diz Henry. “Por exemplo, pode haver um granito que contém pedaços de outros tipos de rochas encerradas no granito. Por causa da sua posição, sabemos que as rochas encerradas no granito têm de ser mais velhas.” Os geólogos mapeiam uma área para identificar estas relações etárias relativas. Depois recolhem amostras, que pesam entre dois e mais de cem quilos, dependendo do tipo de rocha. Os zircões não são raros; na verdade, são comuns nas rochas graníticas. Mas são grãos minúsculos que constituem apenas uma pequena fração de qualquer amostra, normalmente menos de um décimo de um por cento, e estão dispersos por toda a rocha. Isto faz com que a separação dos zircões seja um processo meticuloso. A rocha é triturada para quebrá-la em grãos minerais individuais. Então, “porque o zircônio é mais denso que qualquer outro mineral, nós colocamos a rocha triturada em um líquido com densidade muito alta para que apenas os minerais mais densos caiam para o fundo”, explica Henry. Em outras palavras, diz Mueller, “o zircônio se afunda”. Também usamos as qualidades magnéticas dos zircões para separar os mais primitivos dos restantes”
Então começa o trabalho detalhado de geocronologia. “Vou pegar uma fração desses zircões, fazer seções finas deles – fatias de trinta micrômetros de espessura mineral, grosso como um cabelo, que são montados em vidros – e ter uma idéia de como eles são em termos de padrão de zoneamento, se eles sofreram múltiplos episódios de crescimento, o quão simples ou complexos eles são”, diz Henry. Ele passa essa informação para Mueller, juntamente com o contexto geológico da amostra. “Eu também olho para uma seção fina da rocha para aprender algo sobre a estrutura na qual o zircônio ocorre. Está num granito? Ou está numa rocha metamórfica que teve uma história mais complexa? Ou é uma rocha sedimentar metamorfosada? Conhecendo a sua história, podemos interpretar muito melhor a idade da rocha”
“Para compreender a história geológica relativa de uma rocha, Darrell usa secções finas porque está interessado nas relações entre todos os minerais, que compõem a rocha”, explica Mueller. “Entretanto, para a geocronologia, estamos interessados nos minerais que compõem um décimo de um por cento ou menos”. Ele olha para o zircônio utilizando várias técnicas – “luz refletida dos grãos, luz transmitida através deles, luz catódoluminescente resultante de bater o zircônio com um feixe de elétrons” – para estabelecer a escala na qual os grãos de zircônio devem ser analisados. A microanálise quantitativa dos elementos em zircônio é feita com uma microssonda de elétrons. “Isso nos permite analisar as coisas em uma escala de mícron (um milionésimo de metro) usando um fino feixe de elétrons”, explica Henry. “Os elétrons irradiam a amostra, fazendo com que os átomos dentro da própria amostra liberem raios X”. Cada um dos átomos dos diferentes elementos da amostra emite raios X com comprimentos de onda característicos. Você pode então compará-los a um padrão com uma concentração conhecida do elemento, e chegar a uma composição exata desse pequeno ponto. Um grão de zircônio individual pode ser composto de muitas zonas de diferentes composições e idades. As composições isotópicas podem ser determinadas com uma sonda iónica. Queremos olhar para o grão inteiro, ou devemos dirigir um pequeno feixe de íons de oxigênio, 300 micrômetros de diâmetro, em partes do grão de zircônio para analisar para isótopos de U (urânio) e Pb (chumbo) para que possamos datar essa mancha e dissecar a história individual do zircônio”? Alternativamente, o urânio e o chumbo podem ser separados quimicamente quando um grão de zircônio individual é dissolvido em ácido fluorídrico. “Então nós os analisamos em um espectrômetro de massa, que nos dá as proporções de urânio e isótopos de chumbo individuais, e a partir disso podemos calcular o tempo”, explica Mueller.
Ultimamente, diz Henry, “todos estes dados são combinados num quadro maior de como a Terra funcionou há milhares de milhões de anos.” Nas palavras de Mueller, “resume-se ao facto de que quanto mais soubermos sobre a variedade de rochas que constituíram os primeiros continentes e como estes continentes evoluíram, melhor será a nossa janela sobre como a Terra se formou e os primeiros processos que separaram a crosta do manto e provavelmente até o manto do núcleo”. Mueller descreve a sua colaboração e a de Henry como uma viagem paralela. “A nossa pesquisa marcha pelo mesmo caminho, e às vezes damos as mãos e às vezes seguimos caminhos separados.” Em ambos os casos, eles estão constantemente trocando informações produzidas por suas diferentes abordagens, e há sempre algo novo para se olhar. Mueller resume tudo: “Uma pedra dá muito trabalho.”