Toda a gente é uma fonte
Não há como escapar ao potássio 40. Representa 0,0117 % de todo o potássio natural, os três isótopos são quimicamente idênticos, e o potássio é indispensável a cada uma das suas células.
Um adulto de setenta quilos leva cerca de 140 gramas de potássio, sobretudo dentro das células. Desse total, cerca de 16 miligramas são potássio 40 — perto de 4 400 desintegrações por segundo.
É a maior fonte de radiação dentro de um corpo humano, à frente do carbono 14. A dose anual ronda os 0,17 milisievert, para um fundo natural de 2 a 3.
⚠️ Chega para levantar problemas práticos. Os detetores de radiação sensíveis têm de ser blindados do potássio do betão em redor, e o operador que se aproxima aparece no instrumento.
O problema da banana
A dose equivalente banana é uma forma difundida de explicar a radioatividade: uma banana vale cerca de 0,1 microsievert, uma radiografia ao tórax 700 bananas, e assim por diante.
É uma boa ilustração e um mau facto.
O organismo mantém a sua concentração de potássio dentro de limites estreitos. Coma mais e os rins evacuam o excesso em algumas horas. O seu potássio 40 depende da sua massa corporal, não da sua alimentação.
⚠️ Comer cem bananas não dá, portanto, cem doses banana. Dá a dose que já tinha, mais fruta.
A comparação continua útil para as ordens de grandeza — torna concreto um microsievert abstrato. Simplesmente não deve ler-se como um mecanismo.
O árgon do ar
O potássio 40 desintegra-se de duas maneiras. Em cerca de 89 % dos casos emite uma partícula beta e passa a cálcio 40. Os restantes 11 % capturam um eletrão e passam a árgon 40.
Foi essa via minoritária que encheu a atmosfera.
O árgon representa 0,93 % do ar, o que faz dele de longe o gás nobre mais abundante na Terra — mil vezes mais comum do que o néon, apesar de o néon ser muito mais abundante no universo. Trata-se quase exclusivamente de árgon 40, produzido pela desintegração do potássio nas rochas da crusta ao longo de 4 500 milhões de anos.
⚠️ A assinatura isotópica denuncia-o. No Sol domina o árgon 36. Na Terra, o árgon 40 representa 99,6 % do total. A diferença é o registo de quatro mil e quinhentos milhões de anos de potássio a desintegrar-se debaixo dos nossos pés.
Contar uma pessoa
Como o potássio 40 emite um raio gama em 11 % das suas desintegrações, e esse raio tem uma energia característica de 1,46 megaeletrão-volt, pode medir-se uma pessoa a partir de fora.
Um contador de corpo inteiro é uma sala blindada com um detetor, construída em geral com aço de antes da guerra — o aço fundido depois de 1945 arrasta vestígios de precipitação radioativa que abafariam o sinal. O sujeito senta-se lá dentro alguns minutos e o aparelho conta os raios gama que saem do seu corpo.
A risca do potássio 40 serve de referência. Como o corpo contém potássio em proporção à sua massa magra, a contagem dá uma medida da massa muscular, e a técnica era usada em fisiologia antes de existirem os aparelhos de composição corporal.
⚠️ O mesmo instrumento deteta qualquer outra coisa que a pessoa transporte. Foi assim que se mediu o césio interno dos trabalhadores de Chernobil e de Fukushima — por comparação com o pico de potássio que toda a gente tem.
Datar as camadas de Olduvai
A mesma desintegração é um dos relógios mais importantes da geologia.
Quando um mineral cristaliza a partir de um magma, o árgon escapa: é um gás e não cabe na rede cristalina. A partir desse instante, o árgon 40 produzido pela desintegração do potássio fica preso. Medir ambos dá o tempo decorrido desde o arrefecimento.
O intervalo útil vai de cerca de cem mil anos à idade do sistema solar, o que cobre quase toda a história geológica.
É o método que datou as camadas de cinza vulcânica de Olduvai, e com isso estabeleceu a idade dos restos de hominídeos encontrados entre elas. Antes dele, a paleoantropologia tinha datas relativas — esta camada é mais antiga do que aquela — mas nenhum número.
⚠️ O método falha se a rocha foi reaquecida, porque o árgon preso escapa e o relógio volta parcialmente a zero. Esse defeito tornou-se virtude: permite datar acontecimentos térmicos posteriores à formação.