Em 17 de dezembro de 1908, Willard Frank Libby nasceu em uma fazenda em Grand Valley, Colorado. Libby, um químico físico, ganhou o Prêmio Nobel de Química de 1960Externo por seu desenvolvimento da técnica conhecida como datação por radiocarbono. Esta técnica usa a decadência de um isótopo instável de carbono, o carbono radioativo 14 (C14), para determinar a idade das matérias orgânicas – qualquer coisa composta de matéria que antes era viva. Itens datáveis por carbono, geralmente variando de algumas centenas a 60.000 anos, podem ser tão variados quanto a sola de uma sandália antiga, núcleos de gelo glacial, os Pergaminhos do Mar Morto, ou múmias de um túmulo de faraó egípcio. A datação por radiocarbono tem tido um impacto tão profundo em muitos ramos das ciências humanas – incluindo arqueologia, geologia, história, geofísica e preservação – que sua descoberta foi chamada de “a revolução radiocarbono”
Nos anos 40, os investigadores já sabiam que quando a radiação cósmica entra na atmosfera superior da Terra colide com os gases lá presentes para produzir chuviscos de neutrões. Eles também sabiam que alguns desses neutrões flutuantes livres são, por sua vez, absorvidos por átomos de nitrogênio, que no processo são transformados em C14 (o isótopo mais comum é o carbono-12). O C14 é instável e irá decair de volta ao nitrogênio com o tempo – a emissão de partículas beta durante esta segunda transformação é o processo que o torna radioativo.
A conquista do Libby foi reconhecer que o C14 se move da atmosfera para a biosfera através de uma série de passos adicionais:
>
- o C14 oxida para formar dióxido de carbono (CO2), um componente comum da atmosfera;
- as plantas absorvem moléculas de dióxido de carbono através da fotossíntese, convertendo os átomos de carbono em açúcar enquanto libertam o oxigénio de volta ao ar;
- as plantas, directa ou indirectamente, são digeridas por todos os organismos vivos.
Então, concluiu Libby, todos os organismos vivos contêm uma pequena quantidade de C14. Mas ele também reconheceu que a absorção de carbono cessa quando um organismo morre. Como o C14 decai com o tempo, os itens orgânicos que não são mais vivos contêm porcentagens cada vez menores de C14 quanto mais velhos eles ficam. Libby foi capaz de comparar a quantidade de C14 restante em um item com a quantidade originalmente encontrada na atmosfera para determinar a idade desse item.
Durante os anos 50, Libby e outros construíram contadores Geiger cada vez mais sensíveis para medir a radioactividade dos objectos orgânicos. Os cálculos de idade foram baseados na meia-vida do C14: após 5.730 anos cerca de 50% da quantidade original de C14 ainda estará presente em um objeto. Entre os itens que Libby testou e datou com sucesso estavam esterco de preguiça pré-histórico, carvão vegetal de Stonehenge e os pergaminhos de pergaminho dos Pergaminhos do Mar Morto. Libby foi capaz de verificar ainda mais sua teoria realizando testes de radiocarbono em itens cuja data já era conhecida de outras fontes.
Willard Libby recebeu um PhD em química da Universidade da Califórnia, Berkeley, em 1933 e permaneceu lá para ensinar até se juntar ao Projeto Manhattan quando os EUA entraram na Segunda Guerra Mundial. Após a guerra, Libby tornou-se professora de química na Universidade de Chicago, onde conduziu sua pesquisa inovadora; seu livro Radiocarbon Dating foi publicado em 1952. Libby foi nomeada pelo presidente Dwight Eisenhower para a Comissão de Energia Atômica em 1954. Pouco antes de ganhar o Prêmio Nobel, ele voltou ao ensino e pesquisa na UCLA; morreu em 1980.
Com pesquisas adicionais, os cientistas continuaram a aperfeiçoar as técnicas de datação por radiocarbono. Na realidade, os níveis de C14 na atmosfera têm sido semelhantes, mas não totalmente constantes, ao longo do tempo. Mudanças nos campos magnéticos da Terra e do Sol podem afetar a intensidade da radiação cósmica, enquanto os níveis de dióxido de carbono na atmosfera também flutuam naturalmente ou devido à queima de combustíveis fósseis. Os testes de armas nucleares nos anos 50 e início dos anos 60 elevaram a quantidade de C14 na atmosfera a um máximo de quase o dobro do seu nível natural. Para contabilizar tais flutuações, foram criadas curvas de calibração baseadas em dendrocronologia (datação por anel de árvore), que remontam a milhares de anos.
Desenvolvido nos anos 80, a espectrometria de massa do acelerador externo (EMA) é um método que separa os átomos de uma amostra de carbono pelo peso atômico. Isto significa que a porcentagem de C14 em uma amostra pode ser medida diretamente, e não com base na decaimento radioativo. O AMS permite a medição de amostras muito pequenas, o que permite a datação de objectos de museus e bibliotecas sem os destruir.