OUTCOME MEASURES

A luminescência é uma propriedade física de materiais cristalinos ou vítreos, previamente submetidos a radiações ionizantes (raios cósmicos e isótopos radioativos), de emitir luz em resposta a algum estímulo externo (SALLUN et al., 2007). Este estímulo pode ser térmico (Termoluminescência, TL), óptico (Luminescência Opticamente Estimulada, LOE, e Luminescência Estimulada por Raios Infravermelhos, LERI), pressão (Triboluminescência), reações químicas (Quimioluminescência), radiação eletromagnética (Radioluminescência) ou radiação ionizante (Fotoluminescência).

Os primeiros trabalhos com datação por luminescência surgiram pelo método da TL na década de 1950, envolvendo cerâmica arqueológica, enquanto as datações por LOE surgiram apenas na década de 1980, aplicadas principalmente a depósitos sedimentares (SALLUN et al., 2007). Na datação de depósitos sedimentares (aluviais, coluviais, eólicos e marinhos) a LOE é utilizada para estimar o tempo transcorrido desde que os clastos componentes do depósito foram expostos pela última vez à luz do sol, ou seja, este método de datação fornece a idade da última estabilização do depósito. A abrangência temporal deste método vai desde algumas dezenas de anos até 1 Ma (JAIN et al., 2004).

Algumas subdivisões são feitas, de acordo com o comprimento de onda da fonte luminescente: Luz Verde (GSL, na sigla em inglês) para o feldspato e o quartzo,

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Infravermelho (IRSL) para o feldspato potássico, Luz Azul (BSL) para o quartzo e Luz Vermelha (RSL) para o feldspato vulcânico e para o quartzo (USGS, 2011).

O método se baseia no aprisionamento e liberação de energia (elétrons) em defeitos na estrutura cristalográfica dos minerais, principalmente de quartzo e feldspato potássico (BURBANK e ANDERSON, 2001). Estes defeitos resultam da incorporação de impurezas, dentre as quais se destaca, no caso do quartzo, a substituição de Si4+ por Al3+, que possibilita a incorporação de íons monovalentes, o que é facilitado pelo aumento da temperatura de cristalização (SAWAKUCHI et al., 2008).

A datação se vale do fato de que a luz do sol libera os elétrons das armadilhas, reduzindo o sinal da LOE a zero. Quando os grãos são soterrados, permanecendo fora do alcance da luz solar, uma nova população de elétrons começa a se acumular devido ao efeito da radiação ionizante (decaimento de radioisótopos e radiação cósmica). Essa nova carga acumulada só será eliminada caso os sedimentos sejam expostos novamente à luz do sol no ambiente ou a um estímulo óptico em laboratório (Figura 9), onde a quantidade de carga liberada pode ser medida, a qual é proporcional ao tempo de deposição dos sedimentos.

Figura 9: Princípio da datação por LOE: (A) Esvaziamento do sinal de LOE devido à

exposição à luz diurna. Há um rápido decaimento nas cargas armazenadas (n) que dão origem à luminescência (L). (B) O aumento no número de cargas armazenadas cresce após o soterramento como um resultado da exposição à radiação ionizante dos sedimentos ao redor.

Fonte: adaptado de Jain et al., 2004, p. 144.

Segundo Sallun et al. (2007), os materiais geológicos recebem radiações ionizantes (partículas α e β e radiação γ) provenientes de raios cósmicos e da desintegração de

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isótopos radioativos naturais, tais como 235U, 238U, 232Th e 40K e seus filhos radioativos, que se encontram no interior do depósito ou nas vizinhanças (Tabela 1). Os sedimentos argilosos, por exemplo, contêm 2 a 6 PPM de U, 8 a 20 PPM de Th e 2 a 8% de K (MISSURA e CORRÊA, 2007). Vale lembrar que, em geral, a radiação cósmica é constante perto do Equador, porém a intensidade torna-se maior nos pólos, pois as partículas componentes dos raios cósmicos são atraídas pelo campo geomagnético da Terra.

Tabela 1: Contribuição de radiação para os sedimentos.

Fonte: USGS (2011).

Tomando o fluxo de radiação ionizante como constante – o que é indicado positivamente pelo equilíbrio secular de vários filhos radioativos de U e Th (JAIN et al., 2004), o tempo de soterramento pode ser determinado pela medição da dose armazenada nos grãos dividida pelo fluxo da radiação ionizante ambiental. Dessa forma, as idades das amostras são calculadas segundo a Equação (7):

(7)

onde: I = idade (anos); P = paleodose (Gy), que corresponde à energia total absorvida pelo cristal pela incidência de radiações ionizantes; DAγ, DAβ e DAr.c. = doses anuais (Gy/ano) relativas às radiações-γ, partículas-β e aos raios cósmicos, respectivamente.

A paleodose também é conhecida como dose equivalente e corresponde à radiação ionizante do decaimento dos isótopos de urânio, tório e potássio, incluindo-se uma contribuição menor da radiação cósmica à qual o material esteve exposto desde a sua deposição (CORRÊA et al., 2008). A dose ambiental corresponde à taxa com que a amostra foi exposta à radiação ionizante e, portanto, à taxa pela qual a população de elétrons foi acumulada. Caso o intervalo de tempo considerado seja igual a um ano, refere-se a esta taxa como “dose anual”. A dose anual pode ser calculada pela aferição da concentração de

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radionuclídeos (U, Th, K) na amostra e estimação da radiação cósmica na latitude, altitude e profundidade da amostra (JAIN et al., 2004).

Quanto maior o tempo em que os grãos estiveram soterrados, maior será a carga acumulada (paleodose), que será obtida em laboratório a partir de um estímulo óptico induzido. Dessa forma, se tem como pressuposto que qualquer carga pretérita de elétrons contida no sedimento é substancialmente reduzida ou completamente removida durante o processo erosivo, restando apenas uma pequena carga residual não removível. Geofrey-Smith

et al. (1988) demonstraram que no caso do quartzo e do feldspato a redução do sinal por

estímulo óptico chega a níveis muito baixos, com valores residuais inferiores a 5% da carga inicial após uma exposição à luz do sol por um minuto.

As leituras da luminescência são feitas em função do tempo de liberação de luz (fótons) a partir do estímulo luminoso. Dois métodos distintos podem ser empregados: o de alíquota múltipla (multiple aliquot regenerative-dose – MAR) ou o de alíquota única (single

aliquot regenerative-dose – SAR).

Pelo método MAR são feitas medições em cerca de 20 a 40 grãos minerais, nos quais são aplicadas diferentes doses de radiação em laboratório e os resultados permitem delinear uma “curva de crescimento”, que representa a resposta da luminescência do material à radiação (LI e WINTLE, 1992). No entanto, os grãos podem ser expostos heterogeneamente à luz solar, de modo que alguns podem não ser “zerados”. A idade representa, então, o valor médio de luminescência de todos os grãos e, desse modo, os grãos “não zerados” tendem a aumentar a média. Pelo método SAR várias medidas são feitas sobre grãos individuais de única amostra, o que permitiria diminuir o erro nas medidas e identificar se todos os grãos foram completamente esvaziados do sinal de luminescência. Métodos estatísticos são utilizados para identificar e isolar os dados de grãos não zerados (RITTENOUR, 2008).

Devido ao maior tempo e maiores custos necessários para as medidas pelo método SAR, o método MAR é o mais utilizado. Os ruídos introduzidos nas medidas podem ser identificados e analisados a partir da “curva de crescimento”, após executar duas a três medidas para cada dose (SALLUN et al., 2007). Por exemplo, quando os dados obtidos pelo método MAR estão muito dispersos, devem ser realizadas medidas pelo método SAR para aumentar a confiabilidade nas idades medidas.