RECONSTRUÇÃO PALEOAMBIENTAL

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RECONSTRUÇÃO PALEOAMBIENTAL (VEGETAÇÃO E CLIMA) NO NORDESTE DO 
BRASIL ATRAVÉS DOS ISÓTOPOS DO CARBONO DA MATÉRIA ORGÂNICA DOS 
SOLOS E FRAGMENTOS DE CARVÃO 
 
Susy E. M. Gouveia1, Luiz C. R. Pessenda1, José A. Bendassoli2, 
Ramon Aravena3, Adauto S. Ribeiro4, Soraya E.M.G. Saia1, Mariana Vedoveto1 
 
1Laboratório 14C, CENA/USP (susyeli@cena.usp.br); 
2Laboratório de Isótopos Estáveis, CENA/USP; 
3Department of Earth Sciences, University of Waterloo, Canada; 
4Departamento de Biologia, UFS 
 
 
Abstract. The carbon isotope approach for identification and changing distribution of C3 e C4 
plant communities and inferences related to humid and drier paleoclimatic conditions, 
respectively, have been applied to expand the palaeoenvironmental studies for Northeastern 
region of Brazil in the last 15,000 years. The use of 14C dating in the SOM (humin fraction) 
and/or in the buried charcoal fragments in the soil establishes the chronology of the events. 
Samplings have been made in three states of the region (Piauí, Paraíba and Ceará). Soil profiles 
were sampled for δ13C analysis, as well as buried charcoal fragments were used for 14C dating. 
Based on the isotopic data obtained, it is possible to postulate that approximately since the late 
Pleistocene (~15,000 yr BP) to the early Holocene (~10,000-9000 yr BP), arboreal vegetation 
(woody savanna) was present in the study areas. This phase was probably related to a more 
humid phase. Afterward, since ~9000 yr BP till 4000-3000 yr BP, the Cerrado expanded, 
probably related to the presence of a drier climate. The high concentration of charcoal found at 
the study sites confirms the occurrence of a drier phase during this period. From approximately 
4000-3000 yr BP to the present, a trend toward more depleted values was interpreted as an 
arboreal vegetation expansion due to the return to a more humid phase and probably similar to 
the present climate. 
 
Palavras-chave: paleovegetação, matéria orgânica do solo, fragmentos de carvão 
 
1. Introdução 
A aplicação dos isótopos estáveis do 
carbono (δ13C) é baseada na diferença 
isotópica das plantas C3 e C4 e sua 
preservação na matéria orgânica dos solos 
(MOS). As espécies de plantas do tipo C3 
(árvores) possuem valores de δ13C que 
variam entre -20‰ e -32‰, com média de 
-27‰, enquanto que os valores de δ13C das 
espécies C4 (gramíneas) variam entre -9‰ e 
-17‰, com média de -13‰. Assim, plantas 
C3 e C4 possuem valores de δ13C que 
diferem de aproximadamente 14‰ entre si 
(Boutton 1996). A datação por 14C da MOS 
(fração humina) e/ou de fragmentos de 
carvão encontrados nos solos estabelece a 
cronologia dos eventos (Pessenda et al. 
1996, 2001, 2004, 2005; Gouveia et al. 
2002). Os isótopos do carbono (δ13C e 14C) 
têm sido aplicados em estudos de 
reconstrução paleoambiental em diversas 
regiões do Brasil, no entanto, poucos estudos 
se referem às paleovegetações e paleoclimas 
presentes no nordeste brasileiro durante o 
Pleistoceno tardio e Holoceno. 
 
 
2. Áreas de Estudo 
Os locais de estudo (Fig. 1, Tabela 1) 
encontram-se em áreas de preservação do 
IBAMA, onde encontram-se naturalmente 
distintas fitofisionomias: floresta, cerrado, 
carrasco e campo. 
 
 
Fig. 1. Localização das áreas de estudo. 
 
 
Tabela 1. Características ambientais das áreas de 
estudo. 
 FLONA (CE) 
PARNA 
(PI) 
REBIO 
(PB) 
Temperatura média anual 24 a 26ºC 24º 
Precipitação média anual 1200 1750 a 2000 
Clima 
(Classificação Köppen) Aw’ As’ 
Solos Latossolo Areia Quartzosa 
Latossolo
e Areia 
Quartzosa
Nº de pontos amostrados 6 7 9 
 
 
3. Materiais e Métodos 
 
3.1. Solos 
Para a datação por 14C da MOS, foram 
feitas trincheiras de até 400 cm de 
profundidade, de onde foram coletados 
aproximadamente 5 kg de solo por camada, a 
cada 10 cm. Tradagens foram realizadas para 
a coleta de amostras para a determinação 
isotópica (δ13C). As amostras foram secas a 
60ºC até peso constante e peneiradas. 
As análises granulométricas foram feitas 
no Departamento de Ciência do Solo da 
Escola Superior de Agricultura "Luiz de 
Queiroz" (Piracicaba, Brasil). 
As amostras secas foram peneiradas 
(210 µm) e as análises do carbono (C 
orgânico total e δ13C) realizadas no 
Laboratório de Isótopos Estáveis do CENA 
(Piracicaba, Brasil). Os resultados estão 
expressos, respectivamente, em porcentagem 
de peso seco e pela unidade relativa “δ”, 
determinada em relação ao padrão 
internacional PDB, com precisão analítica de 
± 0,2‰. 
Amostras de solos foram submetidas à 
pré-tratamentos físico e químico (Pessenda 
et al. 1996) para a obtenção da fração 
humina e as análises do 14C realizadas no 
Isotrace Laboratory em Toronto, Canadá, via 
AMS (Accelerator Mass Spectrometry). As 
idades 14C são reportadas como anos AP 
(antes do presente). 
 
3.2. Fragmentos de Carvão 
Os fragmentos de carvão foram 
coletados durante o peneiramento das 
amostras de solos e submetidos a tratamento 
físico. Fragmentos com massa maior que 2g 
foram submetidos a tratamento ácido. Após 
secagem a análise do 14C foi realizada no 
Laboratório de 14C do CENA através da 
síntese de benzeno e cintilação líquida. 
Fragmentos menores (<2g) foram 
submetidos à combustão e amostras de CO2 
foram enviadas ao Isotrace Laboratory para a 
análise do 14C via AMS. As datações 14C são 
representativas da média da idade dos 
fragmentos para cada camada de 10 cm. 
 
 
4. Resultados e Discussão 
 
4.1. FLONA Araripe 
Na FLONA os solos apresentaram 
textura argilosa e teores de carbono que 
variaram entre 5,2% na superfície e 0,2% a 
400 cm de profundidade. 
Os dados isotópicos da MOS (Fig. 1) 
das camadas superficiais caracterizaram os 
tipos de vegetação de cobertura (formação 
florestal mais densa no km 0’, com δ13C de 
-32,4‰, e mais aberta nos km 4, 6’ e 10, 
com δ13C em torno de -24‰). No km 4 
observa-se valores mais enriquecidos em 13C 
(até -19,0‰) a 160-170 cm e 300-310 cm de 
profundidade, indicativo de provável 
presença ainda mais significativa de plantas 
C4 no passado. Tal período foi datado entre 
c. 5800 e 9000 anos AP. No km 0’, a 190-
200 cm de profundidade, observa-se um 
enriquecimento de até 8,4 unidades (-24‰), 
indicando a presença de uma vegetação 
arbórea mais aberta. Na camada 270-280 cm 
o valor de -22,8‰ pode ser indicativo de 
uma mistura de plantas C3 e C4. Valores 
mais enriquecidos foram observados também 
nos solos do km 6’ e 10’ (-19,4‰ e -20,1‰, 
respectivamente) a 240-250 cm de 
profundidade. 
Há registros da ocorrência de condições 
úmidas no Pleistoceno tardio em distintos 
locais na Bahia (Czaplewski and Cartale 
1998; De Oliveira 1999; Auler and Smart 
2001), na costa Atlântica do Ceará (Behling 
et al. 2000) e no norte do Maranhão 
(Pessenda et al. 2004, 2005). Condições 
climáticas mais secas durante o Holoceno 
foram registradas na Bahia (De Oliveira et 
al. 1999) e no Maranhão (Behling and Costa 
1994, Ledru et al. 2001, Sifeddine et al. 
2003, Pessenda et al. 2004, 2005). 
Desta forma, a provável abertura na 
vegetação e influência de plantas C4 sugerida 
na FLONA pode estar relacionada com 
provável período climático mais seco. 
A presença de fragmentos de carvão foi 
observada principalmente nos primeiros 200 
cm da trincheira (km 0) e nos primeiros 130 
cm das tradagens (Fig. 2). Os fragmentos 
coletados nas camadas 60-70 cm e 270-280 
cm apresentaram as idades de 2900 e 11.280 
400
350
300
250
200
150
100
50
0
-34 -32 -30 -28 -26 -24 -22 -20 -18
8950 ± 90
5780 anos AP ± 80
δ13C (‰)
Pr
of
un
di
da
de
 (c
m
)
FLONA
 km0 - Floresta
 km4 - Cerrado
 km10 - Carrasco
 km0' - Floresta
 km6' - Carrasco
 km10' - Carrasco 
 
Fig. 1. Valores isotópicos e respectivas datações da 
matéria orgânica dos solosda FLONA. 
 
anos AP, respectivamente. Estas datações 
são concordantes com idades de fragmentos 
de carvão coletados em profundidades 
similares em solos do Brasil Central 
(Pessenda et al. 1996) e estado de São Paulo 
(Gouveia et al. 1999, 2002; Pessenda et al. 
2001, Scheel-Ybert et al. 2003). 
A presença de fragmentos de carvão nos 
solos estudados indica a ocorrência de 
paleoincêndios durante todo o Holoceno, 
com provável período de maior incidência de 
fogo durante o Holoceno superior. Tais 
paleoincêndios podem estar relacionados 
tanto com a presença humana na área quanto 
a causas naturais. 
Quantidade de fragmentos 
significativamente maior foi coletada nas 
amostras de solo do km 0’ (até 10,3 g de 
carvão/kg de solo). Uma provável explicação 
para a diferença na quantidade de 
fragmentos entre este perfil de solo e os 
demais seria a presença mais significativa de 
plantas C3 (árvores) neste local, como 
observado atualmente, ou seja, maior 
quantidade de combustível disponível para a 
queima, durante pelo menos parte do 
Holoceno. No período de maior incidência 
de fragmentos de carvão (entre a superfície e 
130 cm), os valores de δ13C das amostras do 
km 0’ apresentaram-se até 6,4‰ mais 
empobrecidos (-28,4‰) do que nos demais 
1,5 1,5
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0,0 1,5 12 1,51,5
 
 
 
Massa de carvão (g)/kg de solo
11.280 ± 90
2900 anos AP
± 60
km 0 km 4 km 10 km 0' km 6' km 10'
 
 
Pr
of
un
di
da
de
 (c
m
)
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2. Distribuição dos fragmentos de carvão 
encontrados nos solos da FLONA e respectivas 
datações. 
 
perfis (-22,0‰) (Fig. 1), indicando a 
presença de uma vegetação arbórea mais 
densa no km 0’ durante todo o período 
estudado. 
 
 
4.2. PARNA Sete Cidades 
Os solos apresentaram textura arenosa 
(entre 4 e 14% de argila) e baixos teores de 
carbono, com valores entre 0,75 e 0,01% até 
400 cm de profundidade. 
Os valores de δ13C da MOS (Fig. 3) das 
camadas superficiais, entre -24,5‰ e 
-26,6‰, caracterizaram o cerrado presente 
atualmente nestes locais. O valor de -18‰ 
no ponto II caracterizou a presença da 
gramínea C4 observada na área de coleta, 
que apresentou um valor isotópico de 
-13,4‰. Valores isotópicos mais 
enriquecidos (até -19,5‰ no solo VII) foram 
observados a partir das camadas em torno de 
100-110 cm, indicando provavelmente 
abertura da vegetação e/ou maior 
contribuição de plantas C4. Nas camadas 
mais profundas os valores apresentaram uma 
tendência de empobrecimento (-24,2‰), 
indicativo de maior influência de plantas C3. 
A provável abertura da vegetação e 
influência de plantas C4 no PARNA, assim 
como no caso da FLONA, pode estar 
400
350
300
250
200
150
100
50
0
-28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14
Pr
of
un
di
da
de
 (c
m
)
3440 ± 60
10.350 anos AP ± 90
δ13C(‰)
PARNA
 I - Cerrado
 II - Cerrado
 III - Cerrado
 IV - Cerrado
 V - Cerrado
 VI - Campo
 VII - Mata
 
 
Fig. 3. Valores isotópicos da MOS e respectivas 
datações de fragmentos de carvão do PARNA. 
 
relacionada com a expansão do cerrado 
verificada nas regiões de Barreirinhas (MA), 
entre 9000 e 4000 anos AP (Pessenda et al. 
2004, 2005), e no Vale do Rio Icatu, entre 
aproximadamente 9000 e 6800 anos AP (De 
Oliveira et al. 1999). 
A presença de fragmentos de carvão foi 
observada em todos os pontos coletados 
(Fig. 4), desde a superfície até 400-410 cm 
de profundidade (III e IV), evidenciando a 
ocorrência de incêndios durante 
provavelmente todo o Holoceno. 
Segundo Martin (1996) a cronologia das 
pinturas encontradas no Parque se inicia em 
5000 anos AP. Portanto, estes 
paleoincêndios podem ter tido tanto origem 
natural quanto antrópica. 
A datação dos fragmentos de carvão da 
camada 90-100 cm, cerca de 3400 anos AP, 
apresentou-se similar ao obtido na FLONA 
(camada 60-70 cm, 2900 anos AP) e em 
solos de outras regiões brasileiras. A idade 
de cerca de 10.300 anos AP a 140-150 cm 
apresentou-se mais antiga quando 
comparada a datações de outros locais 
(Gouveia et al. 1999, 2002; Pessenda et al. 
2001). Por se tratar de fragmentos muito 
pequenos, estes podem ter sido transportados 
de camadas mais profundas pela atividade da 
fauna do solo (Boulet et al. 1995; Gouveia 
and Pessenda 2000; Carcaillet 2001). 
 
0,5
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0,0 0,5 0,50,5 0,5 0,51,5
 
Pr
of
un
di
da
de
 (c
m
)
I II III IV V VI VII
 
Massa de carvão (g) / kg de solo
 
 
 
 
 
 
10.350 ± 90
3440 anos AP
± 60
 
 
 
 
Fig. 4. Distribuição dos fragmentos de carvão 
encontrados nos solos do PARNA e respectivas 
datações. 
 
 
4.3. REBIO Guaribas 
Os solos sob floresta apresentaram 
textura arenosa nas camadas superficiais e 
argilosa em maiores profundidades, 
enquanto os solos sob o tabuleiro 
apresentaram-se arenosos e médio arenosos. 
Os teores de carbono variaram de 3,1% na 
superfície até 0,2% a 400 cm de 
profundidade. 
Os valores de δ13C são apresentados na 
Fig. 5. O solo sob floresta (Mata 4) 
apresentou valor isotópico de -26,4‰ na 
superfície, caracterizando a vegetação de 
cobertura. Valores característicos de mistura 
de plantas C3 e C4, mas com o predomínio de 
plantas C4 (-18,5‰) foram observados nos 
primeiros 70 cm. A partir dessa 
profundidade, observou-se uma tendência de 
empobrecimento atingindo o valor de 
-24,0‰ na camada mais profunda, indicativo 
do predomínio de plantas C3. 
Nos demais perfis sob floresta 
observou-se a tendência de enriquecimento 
com a profundidade (<3‰), provavelmente 
relacionada ao fracionamento isotópico 
ocorrido durante a decomposição da MOS 
(Nadelhoffer and Fry 1988). Os valores 
observados são típicos de MOS originada de 
vegetação com predomínio de plantas C3 
(Boutton 1996; Desjardins et al. 1996; 
Pessenda et al. 1996, 1998, 2001, 2004, 
2005). 
O Tabuleiro 1, onde a vegetação é 
aberta com presença significativa de 
gramíneas, apresentou os valores mais 
enriquecidos, entre -18,4 e -21,3‰. 
Enfatiza-se que na profundidade entre 40-50 
cm, onde se observou significativa 
quantidade de fragmentos de carvão (Fig. 6), 
também se observou um significativo 
enriquecimento isotópico (4,4 unidades de 
δ), passando de -22,8‰ na camada descrita 
para -18,4‰ na superfície. Esta abrupta 
variação pode estar relacionada com a 
atividade antrópica no local, onde ocorreu 
uma provável ação de queimada da 
vegetação nativa (árvores) visando o cultivo 
de plantas de ciclo fotossintético C4, 
eventualmente com a finalidade agrícola. 
Para o Tabuleiro 3, observou-se um 
enriquecimento para o valor de -22,5‰ na 
camada 400-410 cm. Além do aspecto 
relacionado ao fracionamento isotópico da 
MOS, este enriquecimento (5‰) também 
pode estar associado a uma vegetação 
arbórea mais aberta e/ou a influência de 
plantas C4 na região. 
O Tabuleiro 5, localizado a poucos 
metros de distância do ponto sob mata (4), 
apresentou valores característicos do 
predomínio de plantas C4 no primeiro metro 
de profundidade. Entre as camadas 100 e 
380 cm os valores foram similares aos 
observados no solo sob floresta, sugerindo a 
presença do mesmo tipo de vegetação nos 
dois locais amostrados, ou seja, aumento da 
influência de plantas C3. 
Em relação à distribuição dos 
fragmentos de carvão (Fig. 6), observa-se 
que as maiores quantidades foram 
encontradas nas fitofisionomias de tabuleiro 
(Tabuleiro 1 e 2). Nossolos sob a vegetação 
de floresta os fragmentos foram encontrados 
principalmente nos primeiros 50 cm, mas em 
400
350
300
250
200
150
100
50
0
-30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16
27.220 ± 260
4660 anos AP ± 60
Pr
of
un
di
da
de
 (c
m
)
δ13C (‰)
REBIO
 Tabuleiro 1
 Tabuleiro 2
 Tabuleiro 3
 Tabuleiro 4
 Tabuleiro 5
 Mata 1
 Mata 2
 Mata 3
 Mata 4 
 
Fig. 5. Valores isotópicos da MOS e respectivas 
datações de fragmentos de carvão da REBIO. 
 
quantidades significativamente menores que 
as anteriores. Os pontos que concentram o 
trecho de floresta mais bem conservado da 
reserva (Mata 3 e 4) apresentaram uma 
quantidade significativa apenas a 100-110 
cm de profundidade, período datado em 
cerca de 4700 anos AP. Portanto, as regiões 
sob vegetação aberta (tabuleiro) apresentam 
evidências de queimadas durante 
provavelmente todo o Holoceno. 
 
0,5
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0,0 2,5 5,0 1 2 0,5 0,5 0,5 0,50,5 0,5
 
 
Mata 2
 
Pr
of
un
di
da
de
 (c
m
)
Tabuleiro1
 
Tabuleiro2
 
Tabuleiro3
Massa de carvão (g)/kg de solo
Tabuleiro4
 
Mata 1
 
Mata 3
 
Tabuleiro 5
27.220 ± 260
4660 anos AP
± 60
 
Mata 4 
 
Fig. 6. Distribuição dos fragmentos de carvão 
encontrados nos solos da REBIO e respectivas 
datações. 
 
Considerando-se datações de 
fragmentos de carvão de vários outros locais 
(Pessenda et al. 1996; Gouveia et al. 1999, 
2002; Pessenda et al. 2001), a idade obtida 
para fragmentos a 210-220 cm (27.000 anos 
AP) apresentou-se muito antiga para tal 
profundidade. Tais fragmentos podem ter 
sido transportados pela fauna do solo a partir 
de camadas mais profundas (Boulet et al. 
1995; Gouveia and Pessenda 2000; 
Carcaillet 2001). 
 
 
5. Conclusões 
Os isótopos do carbono da MOS 
indicaram mudanças nas vegetações nas três 
áreas de estudo. Foram observadas três 
fases: (i) um período de predomínio arbóreo 
entre ~15,000 e 9000 anos AP, (ii) a abertura 
das vegetações com contribuição de plantas 
C4, entre ~9000 e 4000-3000 anos AP, 
provavelmente relacionado a presença de um 
clima mais seco, e (iii) retorno do 
predomínio de vegetação arbórea depois de 
~3000 anos AP. Esta dinâmica está em 
concordância com dados isotópicos da MOS 
e polínicos em outros locais do nordeste 
brasileiro. 
 
 
Agradecimentos 
À FAPESP (01/10828-9, 01/13262-6 e 
04/11790-3) pelo suporte financeiro. Ao 
IBAMA pela autorização do 
desenvolvimento do trabalho nas áreas de 
preservação. À FLONA Araripe, PARNA 
Sete Cidades e REBIO Guaribas pelo auxílio 
no trabalho de campo. À M.V.L. Cruz e L.C. 
Bensabati do Laboratório de 14C do 
CENA/USP, pelo preparo e datação das 
amostras. 
 
 
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