NOTAS

ARQUEOLOGIA E FISICOQUÍMICA

PROF. DR. ROBERTO DA SILVA RIBEIRO

A arqueometria é a aplicação dos conhecimentos da Física, da Química e da Físicoquímica aos estudos arqueológicos. Os principais aspectos estudados em arqueometria são a composição química, as técnicas de manufatura e as cronologias dos vestígios resgatados.

O termo “arqueometria” apareceu somente em 1958, quando surge a revista “Archaeometry”, boletim do Research Laboratory for Archaeology and the History of Art (RLAHA), da Universidade de Oxford, Londres, cujos fundadores foram Christopher Hawkes e lorde Cherwell, sob a liderança de E.T. Hall, em 1955. Porém, os primeiros estudos que poderiam ser chamados de arqueométricos haviam circulado já em 1786, quando George Pearson publica o texto “Observations on some ancient metallic arms and utensil; with experiments to determine their composition”. O século XIX apresentou notável evolução das técnicas e métodos usados pela arqueometria.

Em 1800, aparecem os primeiros registros da aplicação das técnicas analíticas para estudo de materiais de origem arqueológica, feito por Martin Klaproth, cujo objetivo foi a identificação química de vidros e moedas. Em 1810, Giovanni Fraboni publicou o estudo “Il Bronzo ed altre leghe conosciute in antico”, sobre a composição dos metais encontrados em uma tumba etrusca. Humphrey Davy escreveu em 1815 sobre cores encontradas em ruínas dos balneários de Lívia Drusilla (2 a 4 d.C.), do Imperador Vespasiano, em Roma (79 a 81 d.C.) e nas ruínas de Pompeia. Göbel analisou diversos objetos metálicos encontrados em escavações nas províncias bálticas da Rússia e, por meio de comparação de suas composições químicas com outros objetos da pré-História europeia, concluiu que os objetos analisados tinham procedência romana.

Em meados de 1850, o austríaco Jan Erazim Wocel sugeriu que estudos da composição química de materiais arqueológicos poderiam ser usados para verificar a sua proveniência, de modo a fornecer informações sobre sua manufatura e uso. No ano de 1864, Louis Pasteur foi convidado pela Academia de Belas Artes de Paris para dar um curso sobre química e física aplicada à arte. Esse convite estava em conformidade com o pensamento positivista da época, que via com otimismo o emprego da ciência em todos os setores da vida humana, e vinha à luz naquele momento o que nos dias de hoje viria a se chamar “História da Arte Técnica”. Em 1867, os químicos Berzelius e Fresenius analisaram bronze antigo. Neste mesmo período, Michael Faraday examinou uma amostra de cerâmica romana e vidros.

Um dos primeiros estudos com abordagem físicoquímica foi a descoberta do raios-X em 1895, pelo cientista Wilhelm Konrad Roentgen, que no mesmo ano tentou fazer as primeiras radiografias de pinturas. A análise por ativação com nêutrons se tornaria padrão para a análise de materiais arqueológicos por volta de 1936, com os trabalhos de Georg Hevesy e Hilde Levi.

A datação é uma finalidade para a qual a técnica arqueométrica é muito usada. A técnica mais antiga de datação é o arqueomagnetismo, cujo pioneiro foi Émile Thellier, em 1936. Na década de 1940, deram-se a primeira datação por decaimento argônio-potássio e também os métodos baseados nas análises de flúor e nitrogênio. Também em 1940 foi desenvolvida uma ferramenta revolucionária para a Arqueologia, Antropologia e Ciências da Terra: a datação por radiocarbono (¹⁴C), por Wichard Frank Libby.

Segundo Adovasio e Page (2011:152-154), nos primeiros anos do processo da datação por radiocarbono, era preciso destruir amostras de grandes dimensões para se obter resultados sofríveis. O método se baseia na presença de dois isótopos do carbono na atmosfera o ¹²C e o ¹⁴C que são absorvidos pelos seres vivos. O ¹⁴C é instável e se desitegra a uma taxa conhecida. Supunha-se que a proporção dos dois isótopos na atmosfera fosse sempre a mesma e que os seres vivos absorvem os dois isótopos indiferentemente. Ambas as suposições estavam erradas. O nível de radiação das tempestades solares pode alterar a quantidade de radiocarbono na atmosfera e os seres marinhos de águas profundas não têm a mesma maneira de captá-lo que os seres que respiram ar. Com o tempo foram feitos ajustes, o que permitiu maior fidedignidade nas datações. Então, é preciso notar que os anos de radiocarbono não correspondem a anos de calendário. Para que eles se ajustem é preciso que as datas sejam calibradas. Em revistas científicas após a datação por carbono é preciso vir entre parênteses a expressão “calibrado” ou “não calibrado”. No primeiro caso, levou-se em conta as variações de carbono radioativo na atmosfera e habitat do ser vivo, no segundo não. Finalmente, as datas de ¹⁴C só são úteis para datas anteriores à Revolução Industrial. Os combustíveis fósseis liberam quantidades extras de radiocarbono no ar e os testes nucleares modificarm profundamente a radiação da atmosfera.

A Segunda Guerra Mundial provocou avanços científicos e tecnológicos em diversos campos. Nos anos imediatos do pós-guerra, muitas técnicas analíticas foram voltadas para os estudos arqueológicos, entre elas, a análise por raios-X, a microscopia eletrônica, a espectroscopia de massa, a análise por ativação com nêutrons, entre outras. A espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) descoberta por E. K. Zavoisky em 1945, também é uma das técnicas que apareceram nesse período e hoje é aplicada à arqueometria.

Outro momento de crescimento tecnológico foi o período da corrida armamentista entre os Estados Unidos e a Rússia, conhecido como “Guerra Fria”. Neste período, foi colocado à disposição do arqueólogo o uso de películas infravermelhas.

O limite prático para a datação por radiocarbono é 45 mil anos (ADOVASIO; PAGE, 2011: 154), assim procuram-se outros métodos de datação para elementos mais antigos. O método potássio-argônio foi criado para datação de rochas, porém, como a meia-vida do ⁴⁰K (potássio quarenta) é de 1,35 bilhão de anos, os intervalos só interessam para intervalos de milhões de anos.

Em 1953 é descoberta a datação por termoluminescência que nos dá datas confiáveis de até 40 mil anos, um pouco mais que o radiocarbono. No ano de 1954, J. Robert Oppenheimer, o pai da bomba atômica, sugeriu a Sayre e a Dodson que a análise por ativação com nêutrons pudesse ser útil para a análise química de cerâmicas arqueológicas com o propósito de determinar sua procedência, precedendo o uso dessa técnica no campo da arqueometria. Também é possível datar quando determinados tipos de rochas estiveram expostos ao fogo, especialmente o sílex. Em 1956, John Stone e L.C. Thomas usaram espectroscopia de emissão óptica (OES) para determinar traços de elementos presentes em faianças manufaturadas no Egito e alguns lugares da Europa, com o fim de identificar as características do quartzo, da areia e do álcali usado na sua manufatura.

Para uma maior exatidão nos resultados de ¹⁴C, foi desenvolvido o método de espectometria de acelaração de partículas (AMC segundo a sigla em inglês). Os primeiros relatórios sobre material arqueológico analisado por ativação com nêutrons já haviam sido publicados em 1957 por Edward Vincent Sayre e Richard W. Dodson, porém apenas em 1962 a técnica é mencionada para a datação de cerâmica. Os procedimentos precisos de medição só foram desenvolvidos por volta de 1970. O material analisando é colocado em um acelerador de partículas e, assim, é possível contar a quantidade total de carbono na amostra e não apenas aqueles que se deterioraram. Isso permite usar amostras bem menores de material, pois o método é destrutivo, ou, usando-se a mesma quantidade de material, obter datas muito mais precisas.

Até a década de 1970, a aplicação da arqueometria não havia se difundido plenamente entre as instituições universitárias e museológicas. As últimas etapas de relevância em estudos arqueométricos foram o desenvolvimento de equipamentos de maior sensibilidade, precisão e exatidão, além da possibilidade do uso de dados processados em computador, tendo como pioneiro Irwin Scochar, no final do ano de 1975 (TOYOTA; 2009).

Atualmente, é intenso o uso de técnicas fisicoquímicas em estudos de vestígios arqueológicos. Há exemplos da aplicação de técnicas usadas em pesquisas arqueométricas envolvendo material cerâmico, entre elas, destacam-se as técnicas para análise da temperatura de queima e seu processo de confecção, tais como: difratometria de raios-X (XRD), espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) e espectroscopia Mössbauer. Técnicas de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV) vêm sendo usadas em estudos de tecnologias antigas de manufatura. Técnicas como a termoluminescência (TL) são usadas para a datação de cerâmicas. Técnicas analíticas estão disponíveis para estudos da composição química e mineralógica de materiais de origem arqueológica e de objetos de arte; entre elas estão: a análise por ativação com nêutrons (NAA), fluorescência de raios-X (XRF), difratometria de raios-X (XRD), microscopia eletrônica de varredura, emissão de raios-X induzida por prótons (PIXE), espectrometria de massas com fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP-MS), espectroscopia de absorção atômica (AA), espectroscopia de supressão Compton, entre outras técnicas. Para os estudos de proveniência, a análise da composição química do material cerâmico é um parâmetro analítico de extrema importância (lembrando que são as diferenças nas concentrações dos elementos nas amostras que permitem diferenciar as cerâmicas). Entre as técnicas para determinação de elementos traço, a INAA, associada à espectrometria de raios gama de alta resolução, tem sido usada para a determinação da composição química nas amostras, por apresentar vantagens, tais como alta sensibilidade, precisão e exatidão. Além de usar na análise uma massa pequena da amostra, conveniente em se tratando de material arqueológico.