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Relógios

Para saber ao certo quanto as coisas acontecem, dependemos de vestígios deixados por processos que, por sua vez, dependem do tempo- relógios, em um sentido abrangente. Em analogia, uma das primeiras coisas que um detetive faz ao investigar um assassinato é pedir a um médico ou patologista estimativas da hora em que ocorreu a morte. A partir dessas informações o detetive pode deduzir muitas coisa, e nas histórias de detetive a estimativa do patologista recebe uma reverência quase mística. A " hora da morte" é um fato básico, um eixo infalível em torno do qual giram as especulações mais ou menos plausíveis do detetive. No entanto, toda estimativa é passível de erros e os mesmos podem ser possível medir e também ser muito grande. Um patologista pode estimar a hora da morte através de vários processos dependentes do tempo tais como: hora da morte , que pode ser caracterizado como o esfriamento do corpo que acontece em uma velocidade característica, o rigor mortis. Os relógios disponíveis aos cientistas evolucionários são mais acurados em proporção a escala de tempo envolvida, é claro, e não mais acurados em termos absolutos.

Este capítulo ressalta a importância do entendimento do tempo nas diversas áreas da ciência. Ele traz o tempo como um fator que não pode ser ignorado na equação da vida. Para isso, ele cita a métrica do tempo usando as informações disponíveis na natureza. A evolução pode ser evidenciada por relógios naturais encontrados em seres vivos ou em rochas, que determinam o tempo que o evento ocorreu, seu tempo de vida e, como consequência, permite estimar a idade da Terra e a sequência da evolução dos seres vivos em diferentes escalas de tempos geológicos. Esses relógios podem ser anéis de árvores e de crescimento anual em corais; varves em lagos glaciais; por decaimento radioativo de elementos químicos, como carbono-14, que é usado para determinar a idade de objetos de 50 mil anos, e urânio; ou por outros tipos de datação.

Anéis de árvores

Para sabermos o que aconteceu no passado podemos usar um relógio de anéis de árvore para datar um pedaço de madeira. Os anéis retratam o crescimento diferencial nas diversas estações do ano — inverno ou verão, estação seca ou estação chuvosa — e são especialmente pronunciados nas grandes latitudes, onde as estações são bem marcadas. Mas se quisermos saber exatamente a data de um pedaço de madeira antigo, morto há muito tempo, temos de ser mais sutis: não apenas contar os anéis, mas analisar o padrão de anéis grossos e finos.

Assim como a existência de anéis indica os ciclos sazonais de crescimento intenso e fraco, também existem anos melhores e anos piores, pois as manifestações climáticas variam de ano para ano; ocorrem secas que retardam o crescimento e anos excelentes que o aceleram; alguns anos são frios, outros quentes, e há, inclusive, anos com catástrofes anormais como o El-Nino. Os anos bons, do ponto de vista da árvore, produzem um padrão de anéis mais largos e estreitos em uma dada região, causado por uma sequência específica de bons e maus anos que se tornam uma marca registrada, é suficiente característico —uma impressão digital que rotula os anos exatos em que os anéis se formaram — para ser reconhecível de uma árvore para outra.

Como, montar uma série de referências de anéis para tempos antigos? A resposta seria pelas coincidências. Para usar o princípio de coincidências em dendrocronologia usamos os padrões característicos de referência cuja data é conhecida pela análise de árvores modernas. Em seguida, identificamos um padrão característico nos anéis antigos das árvores modernas e procuramos essa mesma "impressão digital" nos anéis mais jovens de árvores mortas há muito tempo. Depois é observado as impressões digitais nos anéis mais velhos e assim por diante. Na prática, a dendrocronologia nos permite voltar ao passado por cerca de 11500 anos.

Relógios radioativos

Para entender como funciona os relógios radioativos faz-se necessário compreender o que é um isótopo radioativo. Toda matéria é composta de elementos, os quais em geral se combinam quimicamente com outros elementos. Exemplo de elementos: carbono, ferro, nitrogênio, cloro, sódio, etc. A teoria atômica que suponho todos aceitam, inclusive os criacionistas nos diz que cada elemento tem seu átomo característico, que é a menor partícula em que se pode dividir um elemento sem que ele deixe de ser elemento.

o Modelo de Bohr descreve sistema solar em miniaturas que ajudarão a visualizar um átomo, que é um núcleo pequeno e carregado positivamente e cercado de elétrons que circula em órbita. Um elétron é minúsculo em comparação com o núcleo, e o espaço entre os elétrons e o núcleo é imenso em relação ao tamanho das suas partículas. Os elétrons já temos conhecimento as outras duas, muito maiores que os elétrons, mas ainda minúscula se comparadas a qualquer coisa que possamos imaginar ou perceber pelos sentidos, chamam-se prótons e nêutrons. O número de prótons é fixo para cada elemento e igual ao número de elétrons. É chamado de número atômico. Cada elemento tem seu número atômico exclusivo, e não há lacunas na lista dos números atômicos, a famosa tabela periódica.

Alguns elementos como o flúor, têm apenas um isótopo encontrado naturalmente. O numero atômico do flúor é 9 e seu número de massa é 19, o que permite deduzir que ele tem 9 prótons e 10 nêutrons. O carbono tem três isótopos que ocorrem naturalmente, o carbono-12 é o comum, com o mesmo número de nêutrons e prótons: seis. Alguns isótopos são estáveis outros não. Exemplo temos o chumbo-202 que é um isótopo instável, isso significa que os átomos espontaneamente decaem para alguma outra coisa, a uma taxa previsível, embora não em momentos previsíveis. A previsibilidade da taxa de desintegração é a chave de todos os relógios radiométricos e há vários tipos de desintegração radioativa, o que possibilita assim o uso de vários relógios.

Cada isótopo instável decai a uma taxa própria, característica, a qual é conhecida com precisão. Em todos os casos, a desintegração é exponencial o que significa que se com 100 gramas de um isótopo radioativo, uma quantidade fixa por exemplo, 10 gramas, não se transformará em outro elemento em um dado tempo. A medida favorita da taxa de desintegração é a "meia vida", que significa o tempo necessário para que metade dos seus átomos se desintegre. A "meia vida"sempre é a mesma, não importa quantos átomos já tenham se desintegrado — isso que significa desintegração exponencial.

A "meia vida" do carbono-14 situa-se entre 5 mil e 6 mil anos, a do rubídio-87 é 49 bilhões de anos, a do férmio-244 é 3,3 milissegundos. A meia vida de 2,4 segundos do carbono-15 seja curta demais para resolver questões evolucionárias, a meia vida do carbono-14 é de 5730 anos, e perfeita para datar na escala de tempo arqueológico, um isótopo muito usado também nessa escala de tempo e o potássio-40 com sua meia vida de 1,26 bilhões de anos. Se começar com uma determinada quantidade de potássio-40, após 1,26 bilhões de anos metade do potássio-40 terá decaído para argônio-40. O relógio radioativo de potássio-argônio só funcionam para rochas ígneas. As rochas ígneas são aquelas que solidificam de rochas derretidas ou seja, formadas pelo magma subterrâneo no caso do granito, lava de vulcões no caso do basalto.

Só rochas ígneas possibilitam relógios radioativos, mas quase nunca são encontrados fósseis em rochas desse tipo. Os fósseis são formados em rochas sedimentares como o calcário e o arenito, que não são lava solidificada. infelizmente não é possível datar rochas sedimentares pela radioatividade. Para datar um fóssil não é preciso encontrá-lo no meio de duas lâminas de rochas ígneas, embora seja um modo de ilustrar o princípio com total clareza.

Assim, muito antes de sabermos a idade dos fósseis, conhecíamos a ordem em que eles se depositaram, ou pelo menos a ordem em que os sedimentos nomeados se depositaram. Os fósseis cambrianos, no mundo todo, eram mais antigos que os ordovicianos, que por sua vez eram mais antigos que os silurianos; depois vinham os devonianos, os carboníferos, os perminianos, triássicos, jurássico, cretáceos e assim por diante. E dentro dessas principais camadas nomeadas, os geólogos também distinguem sub-regiões: jurássica superior, meso-jurássica e jurássica inferior etc. A ordenação dos fósseis são utilizados como evidências da evolução. Muito antes de ser descoberta a datação radioativa, essas camadas haviam sido identificadas e batizadas, e assim, podíamos classificá-los em ordem porque sedimentos mais antigos tendem a jazer sob sedimentos mais recentes.

O livro apresenta uma tabela de decaimento radioativo que mostra a variação das meias vidas de alguns elementos químicos.

Carbono

O carbono é o que mais parece indispensável à vida, aquela sem o qual é mais difícil imaginar vida em qualquer planeta, isso é devido à notável capacidade do carbono para formar cadeias, anéis e outras arquiteturas moleculares complexas. O carbono está presente no processo da fotossíntese que é onde as plantas verdes absorvem moléculas de dióxido de carbono da atmosfera e usam a energia da luz solar para combinar os átomos de carbono com água para produzir glicose (açúcares). O carbono é continuamente reciclável e mandado de volta a atmosfera: através da excreção, e quando morremos.

A maior parte do carbono na forma de dióxido de carbono da atmosfera é o carbono-12, que não é radioativo. Mas aproximadamente um átomo em cada trilhão é de carbono-14, e esse é radioativo e decai muito rapidamente com meia-vida e 5730 anos. As plantas absorvem carbono-14 junto com o carbono-12 e incorporam os dois tipos de átomos de carbono em açúcares, na mesma proporção em que eles existem na atmosfera. Todos os seres vivos, animais e vegetais têm aproximadamente idêntica razão entre carbono-14 e carbono-12, a qual é a mesma encontrada na atmosfera.

Um relógio é zerado quando um ser vivo, animal ou vegetal morre e nesse momento ele é retirado da cadeia alimentar e isolado da entrada, por vias das plantas, e de novo carbono-14 proveniente da atmosfera. O carbono-14 com o passar dos anos, séculos assim como, pedaço de madeira, pedaços de tecidos decai constantemente para nitrogênio-14.

A razão entre o carbono-14 e o carbono-12 pode ser usada para calcular o tempo que decorreu desde a morte do ser vivo seja ele, animal ou vegetal removida da cadeia alimentar e de seu intercâmbio com a atmosfera, mas isso só funciona porque existe na atmosfera um suprimento de carbono-14 que é constantemente reposto. Sem a reposição do carbono-14 com sua meia vida curta já teria desaparecido juntamente com outros elementos com meia vida curta. O carbono-14 é produzido de forma natural por raios cósmicos que bom bombardeiam átomos de nitrogênio na atmosfera superior e como sabemos o nitrogênio é o gás mais comum da atmosfera e seu número de massa é 14 o mesmo do carbono-14. O carbono-14 tem 6 prótons e 8 nêutrons e o nitrogênio-14 tem 7 prótons e 7 nêutrons.

A datação do carbono é comparativamente recente iniciada nos anos 1940, no início os procedimentos da datação requeriam quantidades de substâncias de material orgânico, e em 1970 uma técnica chamada espectrometria de massa foi adaptada para datação por carbono e a necessidade de uma minúscula quantidade de material orgânico para essa técnica e com isso revolucionou a datação arqueológica.

Como sabemos que existem vários tipos de relógios e que eles funcionam melhor em escalas de tempo diferentes e que podem ser sobrepostos. Eles podem fornecer estimativas independente da idade de um pedaço de rocha tendo em mente que todos os relógios foram zerados simultaneamente no momento que o pedação da mesma se solidificou. Quando os relógios são comparados uns com os outros há concordâncias entre eles dentro das esperadas margens de erros, e isso dar confiança quando a correção dos relógios. E com isso, é possível resolver problemas de datação como a idade da terra que atualmente é aceita 4,6 bilhões de anos devido a calibragem recíproca e comprovação baseado nas rochas conhecidas.

No presente todos os isótopos concordam uns com os outros em situar a origem da terra entre 4 e 5 bilhões de anos atrás e isso faz-se com base na suposição de que suas meias vidas sempre foram iguais às medidas atualmente.