Qual é a idade da Terra?

Felipe A. P. L. Costa

Durante cerca de cinquenta anos, o darwinismo conviveu com dois graves problemas, uma carência e uma dúvida. No plano interno, fazia falta uma teoria subsidiária que explicasse a transmissão dos caracteres hereditários. Falaremos disso no capítulo 7.

Pairava ainda a dúvida: Qual é a idade da Terra?

Era preocupante. Afinal, a ideia de que a Terra é um planeta jovem desafia a noção de que a história da vida teria se pautado pelo acúmulo gradativo de pequenas mudanças, geração após geração.

Este capítulo é dedicado a esta questão.

Bolinha azul

Oito planetas orbitam o Sol: Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Além de quase 200 luas, planetas-anões (Plutão, Ceres, Éris), asteróides e um sem-número de cometas e objetos menores. Esses corpos teriam sido formados a partir da mesma massa inicial de gás e poeira cósmica [1].

A Terra é o terceiro planeta do Sistema Solar, estando a uns 150 milhões km (= 1 ua, unidade astronômica) de distância do Sol. Possui um clima ameno: nem tórrido, como os dois primeiros, nem congelativo, como os cinco restantes. Até onde sabemos, é o único lugar em toda a vizinhança que abriga seres vivos.

Vista do espaço, a Terra é uma bolinha azul. Mas não é uma bolinha perfeitamente esférica. Em razão do movimento de rotação, o raio equatorial (6.378 km) é ligeiramente maior que o r. polar (6.357 km). Diz-se então que o globo terrestre é um esferoide, uma esfera ligeiramente achatada nos polos.

O predomínio do azul reflete o fato de que 75% da superfície do planeta estão cobertos pelos oceanos. Outras porções da Terra exibem outras colorações, principalmente tons esverdeados (florestas fechadas), amarronzados (desertos, áreas desflorestadas ou de vegetação rarefeita) ou esbranquiçados (calotas polares e topos de montanhas, ameaçados hoje de derretimento).

O que há embaixo do chão?

Especulações sobre o interior do planeta remontam à Antiguidade. O modelo atual, uma versão do modelo casca-núcleo, originalmente proposto no século 19, afirma que a Terra é constituída pela sobreposição de três camadas concêntricas – crosta, manto e núcleo –, cada uma delas com suas propriedades físicas e químicas características.

A crosta é mais espessa nos continentes, onde varia de 30 a 40 km (60-70 km nas montanhas mais elevadas); no fundo do mar tem de 5 a 10 km de espessura. É formada de rochas relativamente leves que flutuam sobre o manto, a camada mais densa e profunda que a sucede. O manto tem uma espessura média de 2,85 mil km. Costuma ser subdividido em manto superior, m. transicional e m. inferior. O núcleo tem um diâmetro total pouco inferior a 3,5 mil km. É subdividido em núcleo externo e n. interno. Este último é uma esfera sólida (raio: ~1,25 mil km), composta principalmente de uma liga metálica de ferro e níquel. Está recoberto pelo núcleo externo (espessura média: ~2,2 mil km), de composição química semelhante, mas liquefeito, e não em estado sólido.

Essa diferenciação em camadas foi estabelecida nos primórdios da história planetária. Enquanto o metal fundido (sobretudo ferro) afundava, formando aquilo que hoje chamamos de núcleo, os silicatos e óxidos permaneciam confinados em uma camada mais superficial, o manto.

Nas palavras de Comins & Kaufmann (Descobrindo o Universo [Bookman], 2010 [2008], p. 179):

Geólogos calcularam que a Terra estava inteiramente líquida logo após sua formação, há 4,6 bilhões de anos. Os violentos impactos de detritos espaciais, junto com a energia gerada pelo decaimento de elementos radioativos, aqueceu, fundiu e manteve a jovem Terra derretida. [...]

A maior parte do ferro e de outros elementos densos afundou em direção ao centro da jovem [Terra] líquida, justamente como uma rocha afunda em um lago. Ao mesmo tempo, a maioria dos elementos menos densos foi forçada para cima, em direção à superfície [...]. Este processo, chamado de diferenciação planetária, produziu a estrutura em camada dentro da Terra: um núcleo central muito denso rodeado por um manto de minerais menos densos, que, por sua vez, estava rodeado por uma fina crosta de minerais relativamente leves [...]. A diferenciação explica porque a maioria das rochas que você encontra no solo é composta de elementos de baixa densidade, como silício e alumínio. Grande parte do ferro, ouro, chumbo e outros elementos mais densos encontrados na Terra hoje, na realidade, retornaram à superfície através dos vulcões e de outros fluxos de lava.

Escavando o passado

A disposição em camadas das rochas da crosta reflete a cronologia, de sorte que as mais profundas são em geral as mais velhas.

Esta generalização, conhecida como princípio da sobreposição de camadas, apareceu pela primeira vez no livro Prodromus (1669), do naturalista e clérigo dinamarquês Niels Steensen (1638-1686) – Nicolaus Steno. Aparentemente simples, os princípios de Steno assinalaram o surgimento da estratigrafia e da geologia histórica.

Em 1815, o geólogo prático inglês William ‘Strata’ Smith (1769-1839) deu um passo além. Ele sugeriu que a presença de certos fósseis serviria como um guia da idade relativa dos estratos, permitindo ordená-los, do mais velho ao mais novo, ainda que a idade absoluta permanecesse desconhecida. Os geólogos passaram a usar esses marcadores, comparando e ordenando estratos até de terrenos situados em continentes diferentes.

Mais ou menos na mesma época, Georges Cuvier (1769-1832) havia descoberto que a identidade específica dos registros fósseis podia mudar de acordo com o estrato examinado. Ele deduziu que os fósseis seriam marcas deixadas por seres vivos do passado, os quais, por razões até então desconhecidas, haviam desaparecido. O naturalista francês, como foi dito no cap. 5, organizou seus achados e suas interpretações em uma teoria geral sobre a história da vida, o catastrofismo.

Ainda na primeira metade do século 19, os naturalistas conseguiram estabelecer um padrão geral de sucessão. Desse modo, diante de duas ou mais rochas fossilíferas, eles eram capazes de dizer qual era a mais nova e qual, a mais velha, ainda que a idade absoluta de todas elas fosse uma incógnita.

As primeiras estimativas

Algumas das primeiras tentativas de calcular criteriosamente a idade da Terra foram conduzidas pelo físico e engenheiro irlandês William Thomson (1824-1907), o 1º barão Kelvin, também referido como lorde Kelvin.

Sabendo que a temperatura no interior das minas aumenta com a profundidade, Thomson estimou a temperatura no interior do planeta, calculando então o intervalo de tempo necessário até que a superfície esfriasse a ponto de alcançar os valores atuais. Em 1863, ele concluiu que o planeta teria 100 milhões de anos [2].

Thomson não aceitava o fato da evolução. Segundo ele, a história da vida que os evolucionistas vislumbravam não caberia dentro da história do planeta. Os evolucionistas, por sua vez, ficavam apreensivos sempre que o irlandês anunciava um novo resultado. Não tardaria muito, porém, para que a hipótese de uma Terra jovem perdesse força e fosse abandonada.

Os métodos radiométricos, por meio dos quais se tornou possível estimar a idade absoluta de rochas, fósseis ou artefatos humanos, começaram a ser usados no início do século 20. Tais métodos estão ancorados em uma propriedade física especial: a radioatividade.

Desintegração nuclear e meia-vida

A radioatividade pode ser entendida como a emissão espontânea de partículas e/ou radiação por parte de núcleos atômicos instáveis, dando origem a outros núcleos, eles próprios estáveis ou instáveis.

Isótopos instáveis mudam espontaneamente para uma configuração energética mais baixa e estável. Nesse processo, chamado de desintegração nuclear (ou decaimento radioativo), os isótopos liberam energia e/ou partículas, sendo então referidos como radioisótopos. Isótopos estáveis não se desintegram e, portanto, não emitem radiação. Embora não seja possível prever o momento de desintegração de um átomo em particular, é possível prever o comportamento de um grande número de átomos.

Um pioneiro no estudo da desintegração atômica foi o físico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937). Ele descobriu que a radiação emitida por uma amostra de material radioativo diminui com o tempo, enquanto a taxa de desintegração (ou transmutação) permanece constante. Formulou então o conceito de meia-vida – o intervalo de tempo necessário para que metade dos núcleos de uma amostra radioativa se desintegre. Cada radioisótopo tem uma meia-vida característica, como se fosse uma assinatura [3].

A idade da Terra

Com base no conceito de meia-vida, o geólogo inglês Arthur Holmes (1890-1965) desenvolveu um método de datação radiométrica. Em 1913, ele calculou que algumas rochas arqueanas tinham 1,6 Ga (= 1,6 bilhão de anos) de idade. Era um recorde. Em 1944, ele chegou a estimar a idade do planeta em 2 Ga.

O valor adotado hoje é de 4,56 Ga – ou, mais precisamente, 4,55 ± 0,07 x 10⁹ anos. Este resultado – divulgado inicialmente em 1953 – foi obtido pelo químico estadunidense Clair [Cameron] Patterson (1922-1995) e abrange o intervalo de tempo transcorrido desde que o planeta alcançou a sua massa atual [4].

Vale ressaltar que as rochas terrestres mais antigas que se conhece não têm mais do que 4,28 Ga de idade, valor claramente inferior à estimativa de Patterson. Mas há motivos para não adotar esse valor como uma estimativa da idade da Terra. Por um lado, dado o dina-mismo geológico, inexistem registros rochosos dos primórdios do planeta – as rochas passam por um ciclo de vida, durante o qual são trituradas, derretidas e degradadas em seus componentes básicos. Por outro, como os corpos que integram o Sistema Solar têm todos a mesma idade, amostras de material ancestral vindas do espaço – como foi o caso do meteorito estudado por Patterson – poderiam ser usados como indicadores da idade da Terra.

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Notas

O autor está a lançar O que é darwinismo (2019), livro de onde este artigo foi extraído e adaptado (a versão impressa contém referências bibliográficas). O livro deve ganhar resenhas em revistas técnicas, mas dificilmente será objeto de algim tipo de registro na grande impressa. Infelizmente, portanto, permanecerá invisível a muitos leitores brasileiros. (Há alguns motivos para isso – nenhum deles tendo necessariamente a ver com o conteúdo da obra – mas o principal talvez seja o seguinte: o autor não tem cacife financeiro para distribuir exemplares de cortesia entre colegas jornalistas, editores, professores universitários, formadores de opinião etc.) Para detalhes e informações adicionais sobre o livro, inclusive sobre o modo de aquisição por via postal, faça contato com o autor pelo endereço meiterer@hotmail.com. Para conhecer outros artigos e livros, ver aqui.

[1] Nem todos, porém... Em 2018, foi anunciada a descoberta do primeiro asteroide migrante do Sistema Solar. Situado na região orbital de Júpiter, o (514107) 2015 BZ509 exibe um movimento retrógado em torno do Sol (leia-se em sentido contrário ao dos planetas). O asteroide estaria nessa órbita desde que foi capturado por Júpiter, há uns 4,5 Ga. Dimensões: Ainda em 2018, foi relatada também a descoberta do objeto mais afastado do Sistema Solar, Farout (2018 VG18), um planeta anão que está a ~120 ua do Sol (a marca anterior era de 96 ua).

[2] Em Sobre a origem das espécies (1859), Darwin estimou em ~300 milhões de anos o intervalo transcorrido desde o Cretáceo. Mas ele retirou a passagem, assim que Thomson divulgou seus cálculos. (Vale lembrar que, entre 1859 e 1872, o livro teve seis edições.) O irlandês chegou a estimar que a Terra não teria mais do que 20 milhões de anos.

[3] Veja o caso do carbono-14. A cada intervalo de 5.730 anos (= meia vida do C-14), o número de átomos de C-14 presentes em uma amostra cai pela metade (assim como a quantidade de radiação emitida).

[4] Até então a idade do planeta era estimada em 3,3 Ga. Tendo sido incumbido de investigar a composição química de um meteorito, Patterson aprimorou as técnicas de separação e análise isotópica (leia-se: um modo de quantificar os isótopos estáveis de um elemento presentes em uma amostra), a ponto de conseguir lidar com amostras ínfimas de chumbo. O chumbo (Pb) tem quatro isótopos estáveis: Pb-204, Pb-206, Pb-207 e Pb-208, os três últimos sendo o ponto final da desintegração de três séries de radioisótopos, U-238, U-235, Th-232. O Pb que há na Terra é uma mistura de (1) Pb primordial, presente desde a origem do planeta; e (2) Pb criado pelo decaimento de radioisótopos de urânio e tório. Outra coisa: Patterson descobriu que Pb antropogênico (e.g., gasolina, encanamentos) estava a contaminar o ar e os oceanos. Foi um pioneiro na luta contra a adição de Pb na gasolina.

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