Arqueomagnetismo_e_datacao_arqueomagneti.pdf

445

Revista do Museu de Arqueologia e Etnologia, So Paulo, 17: 445-459, 2007.

informaes mais importantes para este tipo deestudo a idade em que determinados eventosocorreram. Para isso, existem dois tipos dedatao: a datao relativa e a datao absoluta.Na datao relativa, os artefatos, fsseis e stiosso relacionados a uma escala temporal que baseada nas correlaes estratigrficas, nosprocessos estilsticos ou na seqnciaevolucionria dos indivduos em estudo. Almdisso, a cronologia pr-histrica humana podeser balizada pelo registro de eventos geolgicosrecentes (Perodo Quaternrio), como varia-

Arqueomagnetismo e datao arqueomagntica: princpios e mtodos

Gelvam A. Hartmann*Marisa C. Afonso**

Ricardo I. F. Trindade*

HARTMANN, G.A.; AFONSO, M.C.; TRINDADE, R.I.F. Arqueomagnetismo edatao arqueomagntica: princpios e mtodos. Revista do Museu de Arqueologia eEtnologia, So Paulo, 17: 445-459, 2007.

Resumo: O campo magntico da Terra oscila em vrias escalas de tempotanto em direo quanto em intensidade. As oscilaes na escala de tempoarqueolgico (1,7X 103 a 1X104 anos) so de origem interna (no ncleoexterno, lquido e condutor), tm abrangncia regional (~200.000 km

2) ecorrespondem parte das variaes seculares do campo geomagntico. Oestudo dessas variaes em diferentes partes do globo permite construircurvas de referncia. Quando bem conhecidas, essas curvas podem serutilizadas na datao arqueomagntica, que consiste na comparao de umdado arqueomagntico obtido em um artefato ou estrutura arqueolgica coma curva de referncia para a regio em estudo. Neste trabalho so apresentadosos princpios do arqueomagnetismo, as formas como o campo registrado emmaterial arqueolgico, as tcnicas para obteno de dados arqueomagnticos eos mtodos utilizados na datao arqueomagntica. Alm disso, so apresentadasas perspectivas para o arqueomagnetismo no Brasil e a aplicao desta tcnicade datao na poro meridional da Amrica do Sul.

Palavras-chave: Artefatos cermicos Estruturas de combusto Pinturasrupestres Arqueomagnetismo Datao arqueomagntica.

(*) Departamento de Geofsica, Instituto de Astronomia,Geofsica e Cincias Atmosfricas, Universidade de So Paulo.G.A.H. ([email protected]); R.I.F.T. ([email protected])(**) Museu de Arqueologia e Etnologia, Universidade de SoPaulo. ([email protected])

1. Introduo

arqueologia estuda os registrosarqueolgicos com o objetivo de

conhecer o passado da humanidade. Uma dasA

Hartmann Afonso Trindade.pmd 24/02/2008, 15:39445

446

Arqueomagnetismo e datao arqueomagntica: princpios e mtodos.Revista do Museu de Arqueologia e Etnologia, So Paulo, 17: 445-459, 2007.

es climticas, que por sua vez podem serinferidas e servir de marcadores temporais. Adatao absoluta o processo que determinauma idade especfica para um stio ou artefatoarqueolgico. A datao absoluta utiliza-se depropriedades fsicas ou qumicas dos materiaisem estudo para definir um ponto ou intervalono tempo. A determinao do intervalo detempo em que os processos fsicos ocorreramindica quando os artefatos ou fsseis de interesseforam produzidos ou abandonados. Em geral, astcnicas de datao absoluta se utilizam de curvasde calibrao, que dependem da regio do globoem que os vestgios foram submetidos aosprocessos fsicos, como, por exemplo, a dataopor C14, por termoluminescncia e pordendrocronologia. Outra tcnica de datao queutiliza curvas de calibrao o arqueomagnetismo,no qual as variaes de direo (declinao einclinao) e intensidade do campo magnticoda Terra no passado arqueolgico e geolgicoservem como marcos temporais para a dataode artefatos e estruturas arqueolgicas.

O campo magntico da Terra definido,em cada ponto, a partir de sua declinao (D,ngulo do vetor campo magntico com relaoao norte), inclinao (I, ngulo do vetor campomagntico com relao ao plano horizontal) eintensidade (H, mdulo do vetor campomagntico). O campo magntico da Terra bastante complexo e apresenta uma grandevariabilidade, em escalas de tempo que vo demilisegundos a milhes, ou mesmo bilhes deanos (e.g., Merrill et al. 1998). As variaes decurto perodo decorrem de flutuaes nofluxo de correntes na ionosfera e magnetosfera,da variao diurna e de tempestades magnti-cas. Estas variaes so detectadas a partir dedados de observatrios magnticos, ativosdesde meados do sculo XIX e, mais recente-mente, por dados de satlites (e.g., MAGSAT,OERSTED e CHAMP). As variaes maislentas, por outro lado, so decorrentes essenci-almente da atividade interna do planeta, pelamovimentao do fluido condutor no ncleoexterno da Terra. Estas variaes so chamadasde variao secular do campo magntico daTerra, que atuam na escala de anos a milharesde anos. A Figura 1 exemplifica como a

declinao do campo magntico da Terra variano tempo e no espao. As variaes de longoperodo compreendem as excurses e tambmas reverses do campo. Durante as reverses,ocorre uma inverso entre o norte e o sulmagntico, isto , a declinao do campo variade 180. As excurses correspondem a mudan-as importantes na declinao, mas que noresultam em uma inverso completa. Essesfenmenos tm durao de aproximadamente5.000 anos e podem apresentar uma periodici-dade de dezenas de milhares de anos atdezenas de milhes de anos. Nessas escalas detempo, diversas bases de dados, advindas dosobservatrios geomagnticos e de dadosobtidos em materiais arqueolgicos e emrochas, tm fornecido informaes importan-tes quanto s variaes direcionais do campo e,em menor grau, sobre as variaes na intensi-dade do campo que as acompanham. Nestecontexto, a poro Sul do globo contribui commenos de 5% dos dados da base mundial,sendo que somente 1% dos dados provm daAmrica do Sul (Perrin e Schnepp 2004).

O estudo das variaes temporais docampo magntico da Terra depende da base dedados utilizada. As variaes na escala tempo-ral de 1X100 a 5X102 anos (no mximo) soconhecidas como variaes do campo noperodo histrico, variaes da ordem de1,7X103 a 1X104 anos so conhecidas comovariaes arqueomagnticas e variaes daordem de 7,8X105 e 5X106 anos so conheci-das como variaes paleomagnticas (Carlutet al. 1999). Atualmente, dados arqueomagnticospreenchem uma lacuna importante que existeentre os campos histrico e paleomagntico.

O arqueomagnetismo o estudo do campomagntico da Terra em escalas de tempoarqueolgico. O conhecimento dessas variaesem uma dada regio pode ser utilizado comouma ferramenta de datao. A chamadadatao arqueomagntica uma tcnica dedatao baseada em dois fenmenos fsicos: avariao secular do campo magntico da Terrapara uma determinada regio do globo e acapacidade de certos materiais arqueolgicosregistrarem uma magnetizao remanenteestvel quando expostos ao campo magntico


447

Gelvam A. HartmannMarisa C. Afonso

Ricardo I. F. Trindade

da Terra no momento da produo ou descarte(Aitken 1999). O princpio desta datao residena comparao de um dado de direo ouintensidade obtido em materiais arqueolgicosde idade desconhecida, com o valor de direoe/ou intensidade da curva de variao docampo magntico da Terra para a regio deestudo, conhecida tambm como curva dereferncia (e.g., Le Goff et al. 2002). Nestetrabalho, sero apresentados as formas deregistro do campo magntico terrestre emmateriais arqueolgicos e os mtodos paraaquisio de dados arqueomagnticos. Por fim,ser apresentada a tcnica para determinaode idades arqueomagnticas, aplicada atual-mente com sucesso na Europa, e as perspectivasdo arqueomagnetismo no Brasil.

2. Aquisio de magnetizao em materiaisarqueolgicos e geolgicos

Os artefatos e estruturas arqueolgicas, asrochas e os sedimentos, contm pequenasfraes de minerais magnticos (e.g., magnetita,hematita) que tm a capacidade de reter umamagnetizao remanente. Essa magnetizaopode ser registrada de duas formas (Figura 2):

(i) durante o aquecimento e resfriamento de ummaterial cermico ou estrutura de combusto,ou (ii) durante a deposio de partculasmagnticas em pinturas, cimentos ou sedimen-tos. A remanncia magntica associada com oevento arqueolgico estudado conhecidacomo magnetizao remanente primria. Amagnetizao remanente natural (MRN) domaterial consiste de uma magnetizao prim-ria somada a uma ou mais magnetizaessecundrias. As magnetizaes secundriasindicam eventos que muitas vezes no tmrelao com o evento original de formao ouproduo do material estudado (e.g., Butler1998).

Determinados tipos de material arqueol-gico podem preservar tanto o registro dedireo quanto a intensidade do campo. Elescorrespondem aos materiais que sofreramaquecimento, como por exemplo, cermicas,tijolos, telhas, utenslios cermicos, argilacozida e estruturas de combusto (fornos paratijolos, fornalhas, fornos domsticos, pisos delareiras e pisos cermicos). Aps o aquecimen-to, os materiais resfriam abaixo de umatemperatura crtica (temperatura de bloqueio)e ento os minerais magnticos registram umamagnetizao que paralela e proporcional ao

Fig. 1. Mapas de declinao magntica. Em (a) o mapa com linhas de mesma declinao construdo para o ano1700 AD por Halley (modificado de Courtillot e LeMuel 2007). Em (b) o mapa de 2005 obtido a partir do modelodo International Geomagnetic Reference Field. Observe que em 305 anos a linha que indica declinao zero (linhagrossa em ambos os mapas) migrou mais de 5.000 km para oeste.


448


campo magntico da Terra da poca. Essamagnetizao chamada de magnetizaoremanente trmica (e.g., Dunlop e zdemir1997). Cada vez que o material reaquecido,ele adquire uma nova magnetizao trmica, deforma que o evento registrado no material aquele do ltimo aquecimento/resfriamento.Assim, telhas, tijolos e cermicas que no sofreramreaquecimento preservam a magnetizao trmicaadquirida no momento da produo. Outrosmateriais, como as estruturas de combusto,registram a magnetizao trmica do ltimoaquecimento/resfriamento, que em geral estassociada ao abandono. Do mesmo modo, as

lavas de erupes vulcnicas histricas adqui-rem uma magnetizao trmica aps resfriaremna presena do campo magntico terrestre.Deste modo, uma seqncia de fluxos de lavapode tambm ser usada para a construo decurvas de referncia arqueomagnticas (Tanguyet al. 2003). Estes materiais fornecem aintensidade do campo magntico da Terraregistrada durante o seu ltimo aquecimento.Com as estruturas de combusto pode-setambm determinar a declinao e inclinaodo campo no momento da ltima queima seessas estruturas no foram movimentadasposteriormente. Tijolos e telhas podem

Fig. 2. Processos de aquisio de magnetizao remanente em contextos arqueolgicos. Em (a) a magnetizao adquirida pelo aquecimento de um utenslio domstico. Em (b) a magnetizao adquirida pelo aqueci-mento em um forno cermico. Nesses dois exemplos os materiais adquirem uma magnetizao trmica. Nocaso do forno (estrutura arqueolgica), alm da intensidade do campo (H), o material pode ser utilizadopara determinar a orientao do campo magntico (D e I). Em (c) a magnetizao registrada durante asecagem da tinta em uma pintura rupestre. A orientao do campo magntico no momento em que apintura foi efetuada fica registrada pelas partculas magnticas contidas no pigmento. Em (d) observa-seum stio arqueolgico com diferentes nveis estratigrficos. Nota-se que as direes do campo antigo (H

A)

so diferentes para os diferentes nveis estratigrficos. Pode-se ento correlacionar estas variaes com omaterial arqueolgico encontrado nos estratos. Tanto em (c) quanto em (d) apenas a informao dadireo do campo antigo pode ser recuperada.


449



fornecer dados de inclinao magntica casotenham sido queimados no plano horizontal, oque nem sempre possvel de determinar. AsFiguras 2a e 2b ilustram o registro do campomagntico da Terra atravs dos processos deaquecimento.

Materiais que no foram submetidos atemperaturas elevadas tambm tm a capacida-de de registrar informaes sobre o campomagntico da Terra. Pinturas rupestres ecimentos podem adquirir magnetizao estvel.Nesses materiais, as partculas magnticasrotacionam e alinham-se com o campo magnti-co da Terra, fixando-se nesta posio quando apintura ou o cimento secam. Esta magnetizao conhecida como magnetizao remanentepictrica (Chiari e Lanza 1997, 1999; Zanellaet al. 2000; Goguitchaichvili et al. 2004).Neste caso, o evento que corresponde aoregistro magntico a aplicao da pintura oudo cimento. Os sedimentos depositados emfundos de lagos e cavernas podem adquiriruma magnetizao deposicional, em ummecanismo muito semelhante ao observadonas pinturas murais e nas pinturas rupestres.Esses materiais fornecem um registro dasvariaes direcionais do campo magntico daTerra e podem, eventualmente, ser utilizadospara construir curvas de variao relativa daintensidade do campo (e.g., Valet 2003). AsFiguras 2c e 2d mostram como esses processosocorrem em um stio arqueolgico.

Uma parte da magnetizao primria,adquirida durante o resfriamento de artefatosarqueolgicos ou de rochas, decai com otempo mesmo na presena de campos muitofracos como no caso do campo magntico daTerra. Ao decair, esta parte do registro magnti-co tende a se alinhar com o campo magnticoatual gerando uma magnetizao viscosa.Outros processos que alteram a magnetizaooriginal envolvem a exposio dos materiais afortes campos magnticos ou fortes correnteseltricas, como na presena de raios. Nessecaso as amostras adquirem uma magnetizaoremanente isotrmica. Magnetizaes secund-rias podem tambm ser adquiridas por trans-formaes qumicas resultantes da alterao dosminerais magnticos durante o soterramento.

Em todos esses casos, os procedimentos dedesmagnetizaes sucessivas permitem eliminara contribuio secundria e isolar a magnetizaoprimria em rochas e artefatos arqueolgicos.

3. Mtodos para determinao da direo eintensidade do campo arqueomagntico

As variaes do campo magntico da Terratanto em intensidade quanto em direo soobtidas a partir do registro magntico emrochas e artefatos arqueolgicos. A magnetizaoremanente paralela e proporcional ao campomagntico na poca de produo ou abandonodo objeto arqueolgico em estudo. Embora sebaseiem em princpios semelhantes, as tcnicaspara obteno de dados de intensidade edados direcionais so diferentes. Abaixoapresentamos os procedimentos para coleta,preparao, medida e anlise das amostras.

3.1 Coleta e preparao de amostras

A amostragem depende do tipo de registroque se pretende obter, alm do tipo e quanti-dade de material necessrio para o tratamentode laboratrio. Para a determinao somenteda intensidade magntica as amostras noprecisam ser orientadas, como o caso defragmentos cermicos, mas deve-se conhecer oseu local de origem. Por outro lado, paraobteno de dados direcionais, as amostrasprecisam ser orientadas na mesma posio naqual se deu a sua produo ou o abandono,no caso de estruturas arqueolgicas. Paraalguns materiais cuja posio de produopode ser inferida, como telhas e tijolos, pode-se obter a inclinao do campo magnticoterrestre mesmo que esses objetos tenham sidodeslocados aps a aquisio da magnetizao.A orientao das amostras feita com oauxlio de uma bssola magntica ou de umabssola solar. Para uso da bssola magnticadeve-se atentar para o fato da existncia deanomalias magnticas locais, que podeminterferir nas medidas. A orientao deve serfeita em uma das faces da amostra da seguinteforma (Figura 3): inicialmente, utilizando um


450


nvel, identifica-se uma linha horizontal naface escolhida para orientao; essa linha deveser marcada com uma seta na amostra; obtm-se ento, com a bssola, a orientao dessalinha com relao ao norte geogrfico; emseguida obtm-se a inclinao da face daamostra na orientao normal seta.

O vetor magnetizao de uma estruturaou artefato arqueolgico determinado apartir da mdia de vrias medidas. Portanto,num caso ideal deve-se trabalhar com pelomenos dez amostras de um mesmo objetopara obter uma boa estimativa da orientaoe intensidade do campo magntico antigo. Otamanho das amostras depende da homogeneidadedo material a ser amostrado, de sua disponi-bilidade em funo de restries de preserva-o e de abundncia. Nos casos em que noh restries para a amostragem podem-secoletar blocos com cerca de 10105 cm, queso cortados no laboratrio em amostrascbicas de 111 cm. Em situaes nas quaish maior restrio para a retirada de amos-tras do sitio, podem-se coletar cilindros com

2,5 cm de dimetro ou cilindros com 1 cm dedimetro, utilizando-se uma brocadiamantada. Nos casos onde h muito poucomaterial disponvel para amostragem, cole-tam-se fragmentos menores do que 1 cm dedimetro que so encapsulados em aluminaou sal desidratado e moldados na forma decubos ou cilindros. Amostras de pinturasrupestres e murais so orientadas na face dapintura (procedimento semelhante ao daFigura 3) e extradas com o auxlio de fitadupla-face.

3.2 O processo de desmagnetizaes sucessivas

Para determinao de um valor de intensi-dade ou direo de magnetizao que represen-te a orientao do campo antigo, deve-seseparar a magnetizao primria das magnetizaessecundrias. Para separao destas componen-tes utiliza-se a tcnica desmagnetizao porpassos sucessivos de campos alternados outemperatura (e.g., Butler 1998). Essas tcnicasse baseiam no fato de que os gros magnticos

Fig. 3. Coleta e orientao de amostras arqueomagnticas. Em (a), marcao da orientao de um tijolo de umforno arqueolgico em Itaparica (BA) com auxlio de uma bssola magntica. Em (b) esto indicadas as marca-es de orientao. A seta corresponde a uma linha horizontal e a linha menor, perpendicular seta, indica adireo de mxima inclinao da face que foi orientada. Determina-se o ngulo entre a seta e o norte (azimute)e o ngulo entre a face amostrada e a horizontal (mergulho do plano). Ambos os ngulos so marcados naprpria amostra. A orientao feita antes da retirada do material do local.


451



mais estveis, que guardam a magnetizaoprimria, apresentam valores de coercividadee temperaturas de bloqueio mais elevadas.Portanto, ao desmagnetizar as fraes debaixa coercividade ou de baixa temperaturade bloqueio estamos limpando o sinal dascomponentes de magnetizao secundrias.Na desmagnetizao por campos alternados aamostra submetida a campos magnticosalternados cada vez mais elevados. Essescampos variam desde um valor de pico atzero. Assim, elimina-se a magnetizao dosgros com coercividade mais baixa do que ovalor de pico do campo alternado. Repetin-do-se esse procedimento at campos daordem de 100 mT (militesla) pode-se isolar osinal dos gros com alta coercividade. Nadesmagnetizao trmica, as amostras sosubmetidas ao aquecimento at uma determi-nada temperatura e resfriadas em campomagntico nulo. Durante esse processo osgros com temperatura de bloqueio inferior temperatura do passo de aquecimentoperdem sua magnetizao original. Esteprocesso repetido at temperaturas daordem de 700 C. Em geral, as componentessecundrias so removidas em torno de 5 a20 mT para a tcnica utilizando camposalternados ou 200 C a 450 C para atcnica de aquecimentos sucessivos.

3.3 Determinao da direo do campomagntico

A direo da magnetizao primria emcada amostra obtida por meio de grficosvetoriais ortogonais, conforme ilustra aFigura 4a. Neste exemplo a magnetizaosecundria, indicada pela mudana deorientao nos diagramas, separada logonos primeiros passos de desmagnetizao. Aanlise por componentes principais usadapara ajustar o segmento linear da curva quecorresponde magnetizao primria (Kirschvink1980). Assim, a direo de melhor ajuste e oerro correspondente so ento calculadospara esta componente. Outra forma devisualizar os mesmos dados da Figura 4a atravs da projeo estereogrfica, como

mostra a Figura 4b. Aps as direes seremindividualmente determinadas em todas asamostras de um determinado stio, a direomdia pode ser calculada pela soma vetorialdas direes individuais. Inicialmente socalculadas as mdias das amostras em estrutu-ras ou fragmentos. Em seguida, so calcula-das as mdias das estruturas ou fragmentosdo mesmo stio. Utiliza-se no clculo dadireo mdia a estatstica desenvolvida porFischer (1953) que permite tambm estimar apreciso e confiabilidade da estimativa apartir dos parmetros

95 (cone de erro) e o k

(parmetro de concentrao). Valores altosde k e baixos de

95 indicam dados direcionais

confiveis.

3.4 Determinao da intensidade do campomagntico

A paleointensidade do campo magnticoda Terra obtida pelo mtodo desenvolvidopor Thellier e Thellier (1959) para estudos decermicas arqueolgicas, podendo ser aplicadotambm a qualquer material cuja magnetizaotenha origem em um aquecimento. Atualmen-te, os experimentos de paleointensidade usamverses modificadas do mtodo Thellier-Thellier original. Entre as mais conhecidas eusadas esto o mtodo Coe (1967) e o mtodoAitken et al. (1988). Experimentalmente, adeterminao da intensidade muito maiscomplicada do que a determinao da orienta-o do campo magntico.

A intensidade da magnetizao trmicaadquirida por uma rocha ou artefato cermicodurante o resfriamento proporcional intensidade do campo indutor antigo desdeque este seja suficientemente baixo (da ordemde algumas dezenas de microteslas). O mtodose baseia na comparao da magnetizaonatural M

T com uma magnetizao M

L de

laboratrio produzida em um campo conheci-do H

L (campo de laboratrio). O campo antigo

HA pode ento ser determinado segundo,

HA = H

L

MT

ML

(01)


452


De acordo com a equao (01), a razoentre a magnetizao natural e a magnetizao delaboratrio deve corresponder a uma reta, cujainclinao utilizada para determinao de H

A.

H vrias formas possveis de substituirprogressivamente a magnetizao natural poruma magnetizao de laboratrio. A maisutilizada atualmente aquela desenvolvida porCoe (1967) e Aitken et al. (1988). Nesses proto-

colos de medida a magnetizao natural progressivamente desmagnetizada num proces-so semelhante desmagnetizao trmicadescrita anteriormente. Mas logo aps cadapasso de desmagnetizao a amostra adquireuma magnetizao de laboratrio na mesmatemperatura e com campo conhecido. Osduplos aquecimentos so repetidos emtemperaturas cada vez mais elevadas at a

Fig. 4. Representao dos dados de direo e intensidade do campo magntico terrestre. A Figura (a) umexemplo que mostra as projees ortogonais obtidas para uma amostra. As duas curvas correspondem proje-o do vetor magnetizao nos planos horizontal (smbolos cheios) e vertical (smbolos vazados) aps cada etapade desmagnetizao. A Figura (b) mostra os mesmos dados apresentados em (a), mas em projeo estereogrfica.Nesse diagrama a orientao do vetor aps cada etapa de desmagnetizao representada como um ponto narede estereogrfica equi-rea. A partir desses diagramas so obtidos os dados direcionais (D e I) de uma amostra.A Figura (c) representa um experimento do tipo Thellier-Thellier. Neste experimento, ao mesmo tempo em quea magnetizao natural do objeto removida, uma magnetizao trmica de laboratrio implantada com umcampo magntico de intensidade conhecida. O diagrama mostra a evoluo da magnetizao removida e damagnetizao artificial adquirida. A Figura (d) corresponde a um diagrama de Arai para os mesmos dados de (c).Nesse diagrama representa-se no eixo vertical a magnetizao removida e no eixo horizontal a magnetizaoadquirida em laboratrio. O valor da intensidade do campo registrado na amostra dado pelo ajuste da retapor mnimos quadrados.


453



completa substituio da magnetizao naturalpela magnetizao de laboratrio. Os resulta-dos so apresentados na forma de grficos damagnetizao remanente natural (MRN)restante e da magnetizao de laboratrio(MTR) adquirida contra a temperatura (Figura4c). Outra forma de apresentao dos dados (ea mais utilizada) atravs do grfico de Arai(Nagata et al. 1963), onde a MRN representa-da no eixo vertical e a MTR representada noeixo horizontal. A inclinao da reta nestediagrama corresponde razo H

A / H

L e permite

determinar a paleointensidade (Figura 4d).Durante as medidas, alguns passos de

temperatura podem ser repetidos para determi-nar se h variao na capacidade de registrarremanncia das amostras. Estes passos sochamados de checagem das magnetizaestrmicas parciais (pMTR checks). A diferenaentre as duas magnetizaes, em uma dadatemperatura, indica uma mudana nas condi-es de aquisio de remanncia trmica e,portanto, uma estimativa falsa do paleocampo.Alm dos pMTR checks, so realizados tambmtestes para determinao da anisotropiamagntica e da taxa de resfriamento dasamostras. Estes testes so muito importantespara determinao da intensidade em cermi-cas, como j pde ser observado experimental-mente (e.g., Chauvin et al. 2000; Genevey eGallet 2002).

4. Datao arqueomagntica

A datao arqueomagntica realizadaatravs da comparao de uma curva dereferncia para a variao secular com os dadosarqueomagnticos obtidos em artefatos deidade desconhecida (e.g., Aitken 1999). Ascurvas de referncia revelam as variaes emdireo e intensidade do campo magntico daTerra. Os dados compilados para uma dadaregio so arbitrariamente corrigidos para umlocal de referncia atravs da correo para oplo geomagntico virtual (Daly e LeGoff1996). Os dados de declinao e inclinaomagnticas para um determinado local so usadosno clculo da posio do plo geomagntico

virtual, que ento utilizado para calcular asdeclinaes e inclinaes esperadas para o localde referncia. Este tipo de abordagem vlidoapenas para uma determinada regio doplaneta. Atualmente, as curvas de refernciaesto disponveis para os ltimos 2.000 a3.000 anos em vrias regies do planeta,incluindo a Amrica do Norte (Stenberg 1989;Labelle e Eighmy 1997; Yu et al. 2000),Amrica Central (Morales et al. 2001; Bowleset al. 2002; Soler-Arechalde et al. 2006), Lesteda sia (Cong e Wei 1989), Leste e Oeste daEuropa (Bucur 1994; Kovacheva 1997;Kovacheva et al. 1998; Chauvin et al. 2000;Genevey e Gallet 2002; Genevey et al. 2003;Kovacheva et al. 2004; Schnepp e Lanos 2005;Gmez-Paccard et al. 2006). Existem tambmcompilaes globais, como aquelas de Valet(2003); Perrin e Schnepp (2004) e Korte et al.(2005). No entanto, a rea em que uma dadacurva de referncia pode ser aplicada dataoarqueomagntica da ordem de 200.000 km2,visto que h sutis diferenas de variao docampo magntico da Terra para locais que soum pouco distantes entre si. Um exemplodeste tipo de variao pode ser observado nasFiguras 5a e 5b, que mostram uma compara-o das curvas arqueomagnticas para osltimos 3.000 anos, obtidas para a Ibria,Frana e Alemanha (Gmez-Paccard et al.2006). Neste exemplo observam-se as peque-nas diferenas de declinao e inclinaoquando se comparam locais diferentes, mesmoquando corrigidos para um local de referncia.A Figura 5c mostra uma compilao dos dadosde intensidade magntica obtidos para osltimos 3.000 anos em artefatos arqueolgicosda Frana. Note que os dados de intensidadevariam mais rapidamente do que os dadosdirecionais. Alm de dados arqueomagnticos,as curvas de referncia podem ser construdastambm com dados de observatrios, dadoshistricos (obtidos a partir de cartas denavegao) ou ainda dados paleomagnticos. Noentanto, a datao em amostras paleomagnticas feita por mtodos radiomtricos e, portanto,a preciso diferente dos mtodos utilizadospara datao de materiais arqueolgicos(Tanguy et al. 2003; McIntosh e Catanzariti


454


2006). Alm da diferena da preciso entrediferentes mtodos de datao, um outroproblema associado construo das curvasde referncia a distribuio desigual dosdados tanto no tempo quanto no espao.Alguns mtodos estatsticos so utilizados paraminimizar estes problemas, incluindo estatsti-ca bivariada com janelas temporais mveis(LeGoff et al. 2002) ou estatstica Bayesiana,na qual o empilhamento estratigrfico localpode ser considerado (Lanos et al. 2005).

A determinao de uma idadearqueomagntica pressupe que os dadosmagnticos obtidos em um artefato ou estrutu-ra arqueolgica apresentem caractersticassemelhantes aos dados utilizados na curva dereferncia. Considerando-se os erros da curva dereferncia e os erros do dado arqueomagntico,estima-se a probabilidade de que ambos compar-tilhem o mesmo valor. A idade corresponde aoponto no qual h maior probabilidade deconcordncia entre ambos. A Figura 6 mostrauma datao arqueomagntica realizada em umforno cermico localizado em uma vila prxi-ma a Paris. Esta datao foi realizada utilizandoa curva de referncia da Frana, conformeilustrado na Figura 5a. A curva de probabilida-de, determinada pelo teste de Le Goff et al.(2002), indicou que a idade mais provvel paraa estrutura em torno de 101035 AD. Esteresultado est em concordncia com outrosvnculos temporais arqueolgicos do stio estuda-do. A qualidade da datao arqueomagnticadepende: da qualidade da curva de referncia(densidade e homogeneidade de dados), dastaxas de variao do campo no perodo deinteresse e da qualidade da determinaoarqueomagntica nos artefatos ou estruturasque se deseja datar. Em geral as incertezaspodem variar de 25 a 200 anos (McIntosh eCatanzariti 2006).

5. Consideraes finais

As principais caractersticas do registro docampo magntico da Terra em materiaisarqueolgicos, bem como os mtodos paraaquisio de dados arqueomagnticos foram

descritos, utilizando exemplos para os ltimosmilhares de anos. Alm disso, foram introduzidasas tcnicas de anlise estatstica dos dadosusados na datao arqueomagntica, que foiilustrada com um exemplo de datao naFrana.

So importantes as formas como o campomagntico da Terra registrado em materiaisarqueolgicos e como estas informaes sorecuperadas, pois indicam o tipo de dado a serobtido (declinao e/ou inclinao e/ouintensidade). A magnetizao pode ser obtidaem materiais que sofreram aquecimento e queno foram aquecidos. Em geral, materiais queforam aquecidos em altas temperaturas e queno foram reaquecidos, alm de poderem seramostrados in situ, so os mais adequados paraa determinao de dados direcionais e deintensidade. Materiais aquecidos e que nopossuem orientao permitem apenas recupe-rar a intensidade magntica antiga. Materiaisque no sofreram aquecimento fornecemapenas dados direcionais.

A datao arqueomagntica obtida atravsda comparao de um dado arqueomagnticode idade desconhecida com a curva de refern-cia para uma determinada regio do globo. Adatao arqueomagntica , portanto, umadatao relativa, porque h a necessidade deum vnculo a priori (que neste caso a curva dereferncia) para posterior comparao de umdado obtido em um artefato arqueolgico. Adatao arqueomagntica pode ser aplicadapara regies com curvas de referncia bemdefinidas, que por sua vez podem ser construdascom outros tipos de dados, como dados deobservatrios, histricos, arqueomagnticos epaleomagnticos. As curvas de refernciautilizadas para datao arqueomagntica devemapresentar uma boa cobertura temporal eespacial dos dados. A preciso e confiabilidadeda datao dependem de vrios fatores, entreeles a qualidade da curva de referncia e dosdados arqueomagnticos usados para datao.As incertezas podem variar de 25 a 200 anos.

Os estudos arqueomagnticos realizadosat o momento indicam uma pobre cobertu-ra espacial, principalmente para o hemisfrioSul do planeta. Neste sentido, o Brasil surge


455



Fig. 5. As Figuras (a) e (b) mos-t ram cur vas de var iaodirecional (D e I) entre regiesda Europa. Em (a) as curvas daIbria e da Frana e em (b) ascurvas da Ibria e da Alema-nha. Note que as diferenasentre as curvas so mais signi-ficativas entre a Ibria e a Ale-manha. Para fins de compara-o todas as curvas foram re-duzidas para a cidade de Ma-dri. A Figura (c) mostra a vari-ao da intensidade do campomagntico na Frana nos lti-mos 3.000 anos obtida a par-tir de estudos em cermicas.(curvas extradas de Gmez-Paccard et al. 2006; Chauvinet al. 2000; Genevey e Gallet2002; Gallet et al. 2005).


456


como um local importante para estudos dearqueomagnetismo. O projeto de arqueomagnetismono Brasil vem sendo desenvolvido atravs deparceria firmada entre os grupos depaleomagnetismo do Instituto de Astrono-mia, Geofsica e Cincias Atmosfricas(Universidade de So Paulo) e do Institut dePhysique du Globe de Paris e com os arque-logos dos Museus de Arqueologia e Etnologiada Universidade de So Paulo e da Universi-dade Federal da Bahia. Os primeiros resulta-dos de intensidade magntica obtidos emfragmentos cermicos coloniais e pr-coloni-ais do estado de So Paulo foram apresenta-dos recentemente (Hartmann et al. 2007a,2007b). Os dados obtidos apontam para aconstruo de uma curva de referncia deboa qualidade para o Sudeste do Brasil. Essetrabalho resultar em breve na construo de

uma curva de referncia para a poro sul daAmrica do Sul, abrindo a possibilidade deutilizao do arqueomagnetismo como umaferramenta alternativa para datao deartefatos arqueolgicos dessa regio.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao MAE/USP e aoIAG/USP, pelo apoio institucional, FAPESP(bolsa de doutorado 05/57782-4) e ao CNPq(bolsas de produtividade e pesquisa), pelo apoiofinanceiro, e aos Professores Jos Luiz de Morais(MAE/USP) e Carlos Etchevarne (MAE/UFBA)pelas amostras arqueolgicas de projetos por elescoordenados. Lucimara Vianna e Lelis Melo dosetor grfico do IAG/USP foram os responsveispela elaborao da Figura 2.

Fig. 6. Exemplo de uma datao arqueomagntica realizada em um forno da Frana. A datao utilizou aestatstica bivariada e indicou um valor de 101035 AD, que est em concordncia com o contexto arqueol-gico. A curva de referncia utilizada para esta datao foi a curva de variao direcional para a Frana, mostradana Figura 4a (figura modificada de Le Goff et al. 2002).


457



AITKEN, M.J.1999 Archaelogical dating using physical

phenomena. Rep. Prog. Phys., 62: 1333-1376.AITKEN, M.J.; ALLSOP, A.L.; BUSSERLL, G.D.;WINTER, M.B.

1988 Determination of the intensity of theEarths magnetic field during archaeologicaltimes: Reability of the Thellier technique.Rev. Geophys., 26: 3-12.

BOWLES J.; GEE J.; HILDEBRAND J.; TAUXE L.2002 Archaeomagnetic intensity results from

California and Ecuador: evaluation ofregional data. Phys. Earth Planet. Inter.,203 (3-4): 967-981.

BUCUR, I.1994 The direction of the terrestrial magnetic

field in France, during the last 21centuries. Recent progress. Phys. EarthPlanet. Int., 87: 95-109.

BUTLER, R.F.1998 Paleomagnetism: magnetic domains to geologic

terranes. Tucson: Department of Geosciences,University of Arizona.

CARLUT, J.; COURTILLOT, V.; HULOT, G.1999 Over how much time should the

geomagnetic field be averaged to obtainthe mean-paleomagnetic field? Terra Nova,11: 239-243.

CHAUVIN, A.; GARCIA, Y.; LANOS, PH.;LAUBENHEIMER, F.

2000 Paleointensity geomagnetic field recoveredon archaeomagnetic sites from France.Phys. Earth Planet. Int., 120: 111-136.

CHIARI, G.; LANZA, R.1997 Pictorial remanent magnetization as an

indicator of secular variation of theEarths magnetic field. Phys. Earth Planet.Int., 101: 79-83.

1999 Remanent magnetization of muralpaintings from the Bibliotheca Apostolica(Vatican, Rome). J. App. Geophys., 41:137-143.

HARTMANN, G.A.; AFONSO, M.C.; TRINDADE, R.I.F. Archaeomagnetism andarchaeomagnetic dating: principles and methods. Revista do Museu de Arqueologia eEtnologia, So Paulo, 17: 445-459, 2007.

Abstract: The direction and intensity of the Earths magnetic field oscillates indifferent time-scales. Variations within 1,7X 103 to 1X104 years are referred to asarchaeomagnetic variations. They correspond to a part of the geomagnetic secularvariation, have an internal origin (in the conductive fluid outer core), and arecoherent over regions of ~200.000 km

2. The study of the archaeomagneticvariations in different parts of the globe enables the construction of regionalmaster curves. Well-constrained master curves allow the use of archaeomagneticvariations as a dating tool. The archaeomagnetic dating corresponds to thecomparison of an archaeomagnetic data obtained from an archaeological artifactor structure to the master curve for the region of interest. In this paper, wepresent the basis of archaeomagnetism, the mechanisms by which archaeologicalartifacts, structures and geological material record the ancient magnetic field, andhow the magnetic signal is measured and interpreted, as well as the principles ofarchaeomagnetic dating. Also discussed are the perspectives for archaeomagneticstudies in Brazil and its application as a dating technique in southern SouthAmerica.

Keywords: Ceramic artifacts Burnt structures Mural paintings Archaeomagnetism Archaeomagnetic dating.

Referncias bibliogrficas


458


COE, R.S.1967 The determination of paleo-intensities of

the Earths magnetic field with emphasison mechanisms which could cause non-ideal behavior in Theliers method. J.Geomag. Geoelectric., 19: 157-179.

CONG, Y.Z; WEI, Q.Y.1989 Study of secular variation (2000 BC

1900 AD) based on comparison ofcontemporaneous records in marinesediments and baked clays. Phys. EarthPlanet. Int., 56: 79-85.

COURTILLOT, V.; LEMUEL, J-L.2007 The study of Earths magnetism (1269

1950): a foundation by Peregrinus andsubsequent development of Geomagnetismand Paleomagnetism. Rev. Geophys., 45(RG3008): 1-31.

DALY, L.; LE GOFF, M.1996 An updated and homogeneous world

secular variation data base.1. Smoothingof the archaeomagnetic results. Phys.Earth Planet. Int., 93: 159-190.

DUNLOP, D.; ZDEMIR, .1997 Rock Magnetism Fundamentals and Frontiers,

New York: Cambridge University Press.FISCHER, R.A.

1953 Dispersion on a sphere. Proc. Roy. Soc.London, A217: 295-305.

GALLET, Y.; GENEVEY, A.; FLUTEAU, F.2005 Does Earths magnetic field secular

variation control centennial climatechange? Earth Planet. Sci. Let., 236: 339-347.

GENEVEY, A.; GALLET, Y.2002 Intensity of the geomagnetic field in

western Europe over the past 2000 years:New data from ancient French pottery. J.Geophys. Res., 107(B11) article number: 2285.

GENEVEY, A.; GALLET, Y.; MARGUERON, J.C.2003 Eight thousand years of geomagnetic

field intensity variations in the easternMediterranean. J. Geophys. Res., 108 (B5)article number: 2228.

GOGUITCHAICHVILI, A.; SOLER, A.M.;ZANELLA, E.; CHIARI, G.; LANZA, R.;URRUTIA-FUCUGAUCHI, J; GONZALEZ, T.

2004 Pre-columbian mural paintings fromMesoamerica as geomagnetic fieldrecorders. Geophys. Res. Lett., 31: L12607.

GMEZ-PACCARD, M.; CHAUVIN, A.; LANOS,PH.; THIRIOT, J.; JIMNEZ-CASTILLO, P.

2006 Archaeomagnetic study of sevencontemporaneous kilns from Murcia(Spain). Phys. Earth Planet. Int., 157: 16-32.

HARTMANN, G.A.; TRINDADE, R.I.F.;GOGUITCHAICHVILI, A.; AFONSO, M.C.

2007a Archaeointensity from 1300-200 BPBrazilian Pottery. In: 2007 JointAssembly, American Geophysical Union.

HARTMANN, G.A.; AFONSO, M.C.; TRINDADE,R.I.F.

2007b Arqueomagnetismo no Brasil: primeirosresultados de cermicas histricas e pr-histricas. In: 1 Simpsio LatinoAmericano sobre Mtodos Fsicos eQumicos em Arqueologia, Arte eConservao de Patrimnio Cultural,Sociedade Brasileira de Fsica. MASP,So Paulo, junho de 2007: 19.

KIRSCHVINK, J.L.1980 The least-squares line and plane and

analysis of paleomagnetic data. Geophys. J.R. Astron. Soc., 62: 699-718.

KORTE, M.; GENEVEY, A.; CONSTABLE, C.G.;FRANDK, U.; SCHNEPP E.

2005 Continuous geomagnetic field modelsfor the past 7 millennia: 1. A new globaldata compilation, Geochem. Geophys.Geosyst., 6: Q02H15.

KOVACHEVA, M.1997 Archaeomagnetic database from Bulgaria:

the last 8000 years. Phys. Earth Planet.Int., 102: 145-151.

KOVACHEVA, M.; HEDLEY, I.; JORDANOVA, N.;KOSTADINOVA, M.; GIGOV, V.

2004 Archaeomagnetic dating of archaeologicalsites from Switzerland and Bulgaria. J.Archaeol. Sci., 31: 1463-1479.

KOVACHEVA, M; JORDANOVA, N.;KARLOUKOVSKI, V.

1998 Geomagnetic field variations as determinedfrom Bulgarian archaeomagnetic data.Part II: the last 8000 years. Surv.Geophys., 19: 431-460.

LABELLE, J.M.; EIGMY, J.L.1997 Additional archaeomagnetic data on the

variations as determined from Bulgarianarchaeomagnetic data. Part II: the last8000 years. Surv. Geophys., 9(5): 413-439.

LANOS, PH.; LE GOFF, M.; KOVACHEVA, M;SCHNEPP, E.

2005 Hierarchical modelling of archaeomagneticdata and curve estimating by movingaverage technique. Geophys. J. Int., 160:440-476.

LE GOFF, M.; GALLET, Y.; GENEVEY, A.;WARME, N.

2002 On archaeomagnetic secular variation


459



curves and archaeomagnetic dating. Phys.Earth Planet. Int., 134, (3-4): 203-211.

MCFADDEN, P.L.; MCELHINNY, M.W.1990 Classification of the reversal test in

palaeomagnetism. Geophys. J. Int., 103:725-729.

MCINTOSH, G.; CATANZARITI, G.2006 An introduction to archaeomagnetic

dating, Geochronometria, 25: 11-18.MERRILL, R.T.; MCELHINNY, M.W.;MCFADDEN, P.L.

1998 The Magnetic Field of the Earth:Paleomagnetism, the Core, and the DeepMantle. International Geophysics Series,vol. 63, Academic Press.

MORALES, J.; GOGUITCHAICHVILI, A.;URRUTIA-FUCUGAUCHI, J.

2001 A rock-magnetic and paleointensity studyof some Mexican volcanic lava flowsduring the Latest Pleistocene to theHolocene. Earth Planets Space, 53: 893-902.

NAGATA, T.; ARAI, Y.; MOMOSE, K.1963 Secular variation of the geomagnetic

total force during the last 5000 years. J.Geophys. Res., 68: 5277-5281.

PARS, J.M.; PREZ-GONZLEZ, A.; ROSAS, A.;BENITO, A.; BERMDEZ DE CASTRO, J.M.;CARBONELL, E.; HUGUET, R.

2006 Matuyama-age lithic tools from the Simadel Elefante site, Atapuerca (northernSpain). J. Hum. Evol., 50: 163-169.

PERRIN, M.; SCHNEPP, E.2004 IAGA paleointensity database: distribution

and quality of the data set. Phys. EarthPlanet. Int., 147: 255-267.

PERRIN, M.; SCHNEPP, E.2004 IAGA paleointensity database: distribution

and quality of the data set. Phys. EarthPlanet. Int., 147: 255-267.

SCHNEPP, E; LANOS, PH.2005 Archaeomagnetic secular variation in

Germany during the past 2500 years.Geophys. J. Int., 163: 479-490.

SOLER-ARECHALDE, A.M.; SANCHEZ, F.;RODRIGUEZ, M.; GOGUITCHAICHVILI, A.;URRUTIA-FUCUGAUCHI, J.

2006 Archaeomagnetic investigation oforiented pre-Columbian lime-plastersfrom Teotihuacan, Mesoamerica. EarthPlanets Space, 58: 1433-1439, 2006.

STENBERG, R.1999 Secular variation of archaeomagnetic

direction in the American southwest,AD 750-1452. J. Geophys. Res., 94 (B1):527-546.

TANGUY, J-C.; LE GOFF, M.; PRINCIPE, C.;ARRIGHI, S.; CHILLEMI, V.; PAIOTTI, A.; LADELFA, S.; PATNE, G.

2003 Archaeomagnetic dating of Mediterraneanvolcanics of the last 2100 years: validity andlimits. Earth Planet. Sci. Lett., 211: 111-124.

TAUXE, L.2005 Lectures in Paleomagnetism http://

earthref.org/MAGIC/books/Tauxe/2005.

THELLIER, E.; THELLIER, O.1959 Sur lintensit du champ magnetique

terrestre dans le pass historique etgologique. Ann. Geophys., 15: 285-376.

VALET, J.-P.2003 Time Variations in Geomagnetic

Intensity. Rev. Geophys., 41: 1.YU, Y.; DUNLOP, D.J.; PAVLISH, L.; COOPER, M.

2000 Archaeomagnetism of Ontario potsherdsfrom the last 2000 years. J. Geophys. Res.,105(B8): 1941919434.

ZANELLA, E.; GURIOLI, L.; CHIARI, G.; CIARALLO,A.; CIONI, R.; DE CAROLIS, E.; LANZA, R.

2000 Archaeomagnetic results from muralpaintings and pyroclastic rocks inPompeii and Herculaneum. Phys. EarthPlanet. Int., 118: 227-240.

Recebido para publicao em 11 de dezembro de 2007.


Arqueomagnetismo_e_datacao_arqueomagneti.pdf

Documents

Transcript of Arqueomagnetismo_e_datacao_arqueomagneti.pdf