Revolução de radiocarbono: a história de um isótopo

Chris Turney aplaude um livro sobre o carbono-14 e suas principais aplicações em arqueologia, climatologia e oceanografia.

Chris Turney

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Um fêmur humano, pensado para ser dos tempos medievais, sendo amostrado para datação por carbono. Crédito: James King-Holmes / Livraria Fotográfica Científica

Carbono Quente: Carbono 14 e uma Revolução na Ciência John F. Marr, da Columbia University Press (2019)
 
São quase 80 anos desde a descoberta do carbono-14, um isótopo radioativo do sexto elemento. Como seu decaimento pode ser usado para rastrear a passagem do tempo, o radiocarbono fez uma infinidade de contribuições em toda a Terra, ciências ambientais, biológicas e arqueológicas. No maravilhosamente envolvente Hot Carbon , o oceanógrafo John Marra leva essa história muito além, explorando não apenas a ciência, mas por que devemos nos preocupar com ela.
 
O radiocarbono é escasso na natureza, formado na atmosfera superior através da interação dos raios cósmicos com o nitrogênio. Ele é rapidamente convertido em dióxido de carbono e é filtrado em uma série de reservatórios de carbono na biosfera e no oceano.  

Os organismos vivos tomam constantemente ¹⁴ C e, depois de morrerem, o isótopo decai a uma taxa conhecida. Medindo a quantidade deixada em uma amostra baseada em carbono, é possível calcular sua idade. Desde a década de 1940, a técnica tem sido usada para datar materiais com 60 mil anos de idade, capturando desde a migração inicial de humanos modernos para fora da África, datando ossos e carvão de lareiras ancestrais, até as incrivelmente baixas taxas de crescimento de musgos. vivendo nas margens da Antártica.

Ao recontar esses fatos, Marra oferece histórias convincentes sobre os grandes pesquisadores - muitos há muito esquecidos - cujas descobertas tornaram possível a teoria, a prática e outras descobertas que agora tomamos como certas. Há o suficiente para satisfazer a informação mais insaciável.

Uma ode ao carbono

Hot Carbon começa com a extraordinária história do químico Martin Kamen, nascido no Canadá para imigrantes russos. Em fevereiro de 1940, Kamen estava tentando produzir um novo isótopo de carbono no Laboratório de Radiação de Berkeley, na Universidade da Califórnia. Privado de sono depois de três noites de coletar grafite irradiada suficiente para medir o isótopo esperado, ele saiu. Sua aparência suja chamou a atenção da polícia; pior, ele se encaixava na descrição de um condenado que escapou de uma série de assassinatos. Levado para a delegacia, Kamen foi finalmente libertado quando um sobrevivente do banho de sangue confirmou que ele não era o suspeito. Kamen retornou ao laboratório para descobrir que seu colega Sam Ruben havia analisado a amostra cuidadosamente coletada e descobriu que ela era mensuravelmente radioativa. A história de ¹⁴ C começou assim com uma dose de grande drama.

O químico Martin Kamen foi o primeiro a demonstrar a síntese do carbono-14. Crédito: Hansel Mieth / Coleção de Imagens da Vida / Getty

Inicialmente esperada para ter uma meia-vida de apenas alguns minutos ou horas, essa forma pesada de carbono foi considerada uma prioridade baixa de pesquisa. Mas os esforços de Kamen e Ruben provaram que seria estável ao longo de milênios, abrindo um número impressionante de avenidas de pesquisa (sua meia-vida de 5.730 anos foi determinada alguns anos depois). Kamen nunca recebeu o crédito que merecia, tornando-se vítima do fervor anticomunista dos anos 40 e 50 nos EUA. Aqueles que aplicaram sua visão, como os químicos Willard Libby e Melvin Calvin, colheram a recompensa científica.
 
Seguimos a trilha dos ¹⁴ C através de várias disciplinas, aprendendo, por exemplo, como Calvin e sua equipe usaram o isótopo para traçar a maneira pela qual as plantas convertem CO2 em açúcar, revelando os intrincados processos que sustentam a fotossíntese. Vimos como o radiocarbono foi implantado por laboratórios na Grã-Bretanha, Suíça e Estados Unidos para datar o linho usado para tecer o Sudário de Turim (considerado por alguns como o pano funerário de Jesus) entre 1260 e 1390. A datação por radiocarbono mostrou que Ötzi - o cadáver recuperado da fusão do gelo alpino na fronteira austríaco-italiana em 1991 - tem mais de 5.000 anos. E descobrimos como as drogas candidatas, marcadas com 14C em partes específicas da molécula, podem ser acompanhadas por fases do metabolismo do corpo para testar a segurança e a eficácia das drogas. Há muito mais. Marra explica, por exemplo, como, logo após a descoberta do ¹⁴ C, o CO2 dissolvido na água do mar foi usado para rastrear o movimento de correntes no oceano profundo, revelando conexões em torno do planeta antes consideradas insondáveis.

Segredos de múmias perdidas perdidas

O carbono-14 pode ser a estrela, mas cientistas, instituições e acontecimentos têm papéis de apoio valiosos. Tome Libby, vencedor do Prêmio Nobel de Química em 1960 por seu trabalho no desenvolvimento de datação por radiocarbono. A certa altura, sua equipe entrou nos esgotos de Baltimore, Maryland, coletando metano produzido a partir de dejetos humanos para demonstrar inequivocamente que continha consideravelmente mais ¹⁴ C do que amostras arqueológicas e um pedaço precisamente datado de cerne de pau-brasil.
 
Marra também revela, com detalhes vívidos, as dificuldades enfrentadas pelos primeiros pesquisadores em adquirir amostras preciosas de plâncton, o que abriu uma nova perspectiva sobre a produtividade dos oceanos e, em última análise, sobre o sequestro de carbono. Sua própria experiência nesta área ilumina o espírito pioneiro dos pesquisadores em face das condições selvagens, espaços apertados e capitães de navios às vezes rançosos. As limitações tecnológicas foram progressivamente superadas pela perseverança obstinada e a crença de que o trabalho os ajudaria a entender o potencial dos oceanos para incorporar carbono inorgânico em compostos orgânicos - ainda o foco de uma investigação feroz.
 
Os mistérios permanecem nas ciências da Terra, como a eficácia do ciclo do carbono e as ramificações da atividade humana, incluindo nossa fome aparentemente insaciável por combustíveis fósseis. É importante ressaltar que Marra mostra como ¹⁴ C pode ser usado para desvendar processos em várias escalas de tempo. Ele explica por que o Oceano Antártico é o "guardião da porta" da circulação oceânica do planeta, e como mudanças abruptas na formação de águas profundas e a posição dos cinturões de vento sobrepostos podem provocar mudanças drásticas no ciclo do carbono. Soberingly, uma duplicação dos níveis atmosféricos de ¹⁴ C - decorrentes de testes de bomba nuclear de meados do século XX - é preservada como um aumento nos arquivos naturais formados anualmente, incluindo anéis de árvores. Esse marcador poderia ser escolhido para delinear o início de uma nova época geológica: o Antropoceno.
 
O Carbono Quente oferece uma perspectiva oportuna de como o nosso planeta está incrivelmente conectado - e como o 14C continuará a ser importante para nos ajudar a entender o que está por vir.
 

Natureza 570 , 304-305 (2019)
 

doi: 10.1038 / d41586-019-01895-z