O Navio de Teseu e o Carbono 14

“Nenhum homem pode atravessar o mesmo rio duas vezes, porque [já] nem o homem nem o rio são os mesmos.” – Heráclito

“O navio com que Teseu e os jovens de Atenas retornaram de Creta tinha trinta remos, e foi preservado pelos atenienses até o tempo de Demétrio de Falero, porque eles removiam as partes velhas que apodreciam e colocavam partes novas, de forma que o navio se tornou motivo de discussão entre os filósofos a respeito de coisas que crescem: alguns dizendo que o navio era o mesmo e outros dizendo que não era.” – Plutarco

O paradoxo do barco de Teseu é também uma das doutrinas essenciais do Budismo: a impermanência, a consciência de que tudo está em fluxo constante. A profundidade deste conceito pode ser apreciada tanto filosoficamente quanto vislumbrada cientificamente. Para isto, compreenderemos melhor a datação por radiocarbono, conhecida também como teste de Carbono-14. É uma longa jornada que vai literalmente de estrelas a muitos anos-luz de distância até a ponta de seus pés, mas àqueles dispostos a dedicar algum tempo e esforço a viagem valerá a pena.

Unidades de Carbono

Ela começa por lembrar que toda forma de vida que conhecemos é orgânica, isto é, baseada no elemento carbono. Presente em diversas formas, desde seu estado puro na grafite de um lápis até em compostos complexos como o plástico do mouse que você segura, criado a partir do petróleo, o carbono possui propriedades singulares que permitem que forme produtos de enorme variedade e complexidade. Este é o motivo pelo qual a química orgânica é um dos terrores na escola. Novamente, o tema pode ser complexo mas tem suas recompensas: é por esta complexidade que a própria vida, em todos seus meandros, pode florescer baseada neste elemento.

Cada um destes átomos singulares de carbono compondo cada uma de todas nossas células começou sua jornada na fornalha de estrelas. “Nós somos feitos da poeira de estrelas”, lembrava Carl Sagan,  pois os átomos de carbono são criados a partir de elementos mais leves no núcleo de estrelas gigantes, a temperaturas superiores a 100 milhões de graus. As estrelas por sua vez também possuem seu ciclo de vida, e quando ele chega ao seu fim, lançam em enormes explosões os muitos elementos que criaram, e que poderão se reunir novamente em outros sistemas estelares, talvez com seus sistemas  planetários. Como o nosso sistema solar.

Nesta história cósmica da gênese do elemento em que toda a vida conhecida se baseia, o detalhe fabuloso é que cada um dos átomos de carbono em seu corpo pode ter sido formado no núcleo de uma estrela diferente. Veja duas estrelas no céu, separadas por anos-luz de distância, e imagine como há bilhões de anos, os minúsculos átomos que formam o seu próprio corpo estavam tão ou mais distantes. Somos poeira de estrelas, de muitas estrelas, separadas por vastas distâncias, reunidas aqui.

Recupere o fôlego, porque a atmosfera é justamente o próximo passo de nossa jornada.

Ciclos do Carbono

Ao encontrarem-se no sistema solar, e em particular, no planeta Terra, o caminho dos átomos de carbono continua. Tais átomos passam a fazer parte do ciclo do carbono no planeta, em constante transformação, deslocando-se da atmosfera aos oceanos, e vice-versa. Eles também podem mergulhar em períodos de menor fluxo, como depósitos fósseis, ou descendo às profundezas do planeta, de onde podem ser liberados novamente à atmosfera em grandes erupções. E há, claro, um outro reservatório de troca, e um especialmente relevante a nós: a biosfera, todas as formas de vida de que falamos. Os átomos de carbono que fazem parte de você.

O fluxo do carbono relacionado à vida deve ser familiar. As plantas fixam o elemento da atmosfera através da fotossíntese. O físico Richard Feynman notou como, de certa forma, as árvores e plantas se formam do ar. De fato, o que faz uma pequena semente se transformar em um enorme Jatobá é em sua maior parte o carbono que o vegetal tomou do ar para constituir seu tronco, raízes e folhas. Folhas estas que podem finalmente chegar aos animais que se alimentarem delas, e então aos animais que se alimentarem destes animais, incluindo os seres humanos. Pelo que o carbono que foi criado em estrelas e fixado do ar em matéria orgânica chega também a você.

Como animais, estamos constantemente ingerindo compostos orgânicos, e constantemente excretando compostos orgânicos, integrados como uma pequena parte deste enorme e longo fluxo. À semelhança do barco de Teseu, praticamente todo o material compondo seu corpo hoje terá sido substituído em alguns anos. E ao retornarmos ao barco de Teseu, finalmente temos a oportunidade de abordar a impermanência do Carbono-14. Esta é a parte mais complicada da história, mas a que permite uma apreciação da beleza de todo este conhecimento em relação ao rio da vida.

Isótopos de Carbono

Em um Universo onde tudo está em constante fluxo, o próprio carbono está presente em diferentes variedades atômicas, chamadas isótopos – possuindo o mesmo número atômico, mas com diferentes massas, dependendo do número de nêutrons. Quase todo o carbono na Terra possui seis prótons e seis nêutrons em seu núcleo, o carbono-12, mas uma parcela infinitesimal de um entre um trilhão de átomos de carbono possui oito nêutrons, formando assim o carbono-14 (C-14). Por que tão infinitesimalmente raro?

Porque o isótopo C-14 é instável, é radioativo, transformando-se em nitrogênio-14 com o tempo. De fato, em algumas dezenas de milhares de anos uma amostra de C-14 decai e se transforma quase completamente em nitrogênio. Nenhum átomo de C-14 que você encontrar terá milhões de anos, e é muito provável que seja muito mais jovem. Entre os trilhões de átomos de carbono que você poderá encontrar, esse átomo radioativo em particular deve ter tomado um caminho diferente do resto.

Gênese de Carbono Radioativo

É nas camadas mais altas da atmosfera, banhadas diretamente por intensos raios cósmicos, que o nitrogênio-14 pode ser atingido por nêutrons e formar o C-14, a provável origem do átomo radioativo e impermanente. Esta formação se dá constantemente; enquanto o C-14 decai e volta a se transformar em nitrogênio, nitrogênio na alta atmosfera sob a ação de raios cósmicos por sua vez se torna C-14. O resultado é que a proporção na atmosfera deste elemento de vida relativamente curta é aproximadamente constante, enquanto parte decai, outra parte se forma.

O C-14 formado por raios cósmicos nos limites entre a Terra e o espaço se distribui pela atmosfera, e como tal, faz parte do ciclo do carbono, incluindo o fluxo que passa pela biosfera, que como vimos, começa com a fixação do carbono pelas plantas. Desta forma, a concentração de C-14 fixado em um tronco de madeira, ou nas raízes, folhas e frutas de uma árvore em crescimento é aproximadamente a mesma daquela presente na atmosfera.

Porém, no instante em que uma planta morre, ela deixa este ciclo de troca com a atmosfera. O C-14 que fixou continua a decair, mas não é mais reposto por novos isótopos da atmosfera. Sua concentração só diminui, e diminui a uma taxa de decaimento radioativo constante e devidamente conhecida pela ciência: reduz-se à metade em aproximadamente 5.730 anos, a meia-vida do C-14. Chegamos por fim à datação por radiocarbono, o teste de carbono-14.

Marcador de Impermanência

Em 1949, Willard Libby, por sugestão de Enrico Fermi, desenvolveu a ideia de aproveitar esta diminuição constante da proporção de C-14 em matéria orgânica para estimar quando ela deixou de fazer parte da troca constante com a atmosfera. Bastaria comparar sua porção de C-14 com aquela presente na atmosfera. Se a proporção houvesse diminuído pela metade, por exemplo, isso significaria que o C-14 esteve decaindo pelo seu período de meia-vida, por aproximadamente 5.730 anos. Outras proporções permitiriam estimativas indo de algumas décadas até dezenas de milhares de anos atrás. Por seu trabalho, Libby recebeu o prêmio Nobel, e o teste de radiocarbono é amplamente conhecido por revolucionar a arqueologia, definindo um relógio para conhecer tanto da história da vida.

Com enorme precisão, a datação por carbono-14 também pode ser aplicada a nós. Não fixamos carbono diretamente da atmosfera, mas nos alimentamos de plantas que acabaram de fazê-lo ou de animais que acabaram de se alimentar destas plantas, renovando em um fluxo contínuo o carbono em nossos corpos. Enquanto nos alimentamos, enquanto estamos vivos, participando deste fluxo, a concentração de C-14 em nossas células é aproximadamente a mesma daquela encontrada na atmosfera. Enquanto você está vivo, radioisótopos formados na alta atmosfera por raios cósmicos, a partir da poeira de estrelas cruzando vastas distâncias, passam por seu corpo, de fato constituem o seu corpo depois de serem fixados em compostos orgânicos pelas plantas.

Mas nada disso é permanente, são apenas fluxos mais ou menos rápidos que outros. No momento de sua morte o C-14 deixará de ser reposto, diminuindo então a uma taxa constante, pela qual o momento em que você se afastou do rio da vida poderá ser reconstruído. Cientificamente. Este, claro, é apenas um dos fluxos dos quais você se afastou: o carbono-12, estável, que constitui quase todo seu corpo continuará fazendo parte da biosfera por ainda muito tempo, incluindo alguns compostos especialmente relevantes relacionados com seu código genético, se você tiver deixado descendentes. Estes compostos podem ter seu material reposto, mas a informação que carregam… seria tema para outra longa história, em outro longo fluxo.

O carbono-14 é um marcador da impermanência, decaindo e formando-se constantemente. E como parte da química da vida, nos lembra que o paradoxo do barco de Teseu, seja como for solucionado filosoficamente, é o paradoxo que observamos cientificamente em todo o Universo, e do qual somos mesmo parte. A profundidade da impermanência só se torna mais bela e relevante quando compreendida também através dos olhos da ciência.


Post dedicado ao prof. Aristides do Rosário que durante suas aulas de química sempre comenta com seus alunos que somos todos feitos de carbono, ou seja, poeira de ESTRELAS. Um abraço a todos do terceirão 2011.

Fonte....Sedentário e Hiperativo

Sensacional....Descubra o segredo. .