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Bioestratigrafia: Utilização de Fósseis na Estratigrafia

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Bioestratigrafia
1.1 – Definição
A utilização dos fósseis para informar acerca de meio sedimentar se baseia nos fatores ecológicos que regem a distribuição dos organismos da atualidade e sua dedução do valor paleoecológico dos organismos do passado. Os fósseis, os bioclastos podem ser considerados como um elemento textural constituintes da rocha (por exemplo, oólitos, oncólitos, intraclastos,etc) e sua interpretação se faz dentro do conceito da análise de facies.
Chama-se BIOESTRATIGRAFIA, “a parte da estratigrafia que trata dos restos e evidências da vida passada nos estratos e da organização destes estratos em unidades baseadas em seu conteúdo fóssil. (GEI,1980). A Bioestratigrafia se ocupa na distribuição dos fósseis no registro estratigráfico e de sua subdivisão dos materiais estratificados em unidades bioestratigráficas. O objetivo básico da Bioestratigrafia é usar a informação acerca da evolução morfológica das espécies concretas para deste modo determinar sua distribuição paleobiogeográfica e estratigráfica.
Conceito informal: trata-se da datação e correlação das rochas sedimentares utilizando os fósseis (Prof. A.C. Rocha-Campos 1987, comunicação verbal).
Estratigrafia: estudo das rochas estratificadas (e.g. Dunbar & Rodgers 1963) rochas sedimentares
A Estratigrafia como ciência analisa não só a sucessão original e a idade das rochas estratificadas como, igualmente, sua forma, distribuição, composição litológica, conteúdo paleontológico, propriedades geofísicas e geoquímicas, quer dizer, todos os caracteres, propriedades e atributos das mesmas, com vistas a deduzir os ambientes de sedimentação e a história geológica (Mendes 1984). Ou seja, a estratigrafia se preocupa com a organização, classificação e nomenclatura das rochas estratificadas (sedimentares) sob um conceito formal. Em termos genéticos, a estratigrafia compreende a descrição e interpretação da textura, das estruturas presentes, das relações espaciais e do conteúdo paleontológico (fósseis) dos estratos com o objetivo de entender os processos deposicionais atuantes. Para tanto, faz uso de princípios e leis tais como das relações de contato, da Sucessão Cronológica, do Princípio da Superposição, do Princípio do Atualismo em combinação com o registro fossilífero.
Como visto na definição informal a Bioestratigrafia trata da datação e correlação das rochas sedimentares utilizando-se dos fósseis, pode-se depreender que o conteúdo fossilífero de uma formação geológica servirá para elucidar vários aspectos estratigráficos e da história geológica da Terra, tais como: paleoecologia, sucessão cronológica (datação de rochas), paleobiogeografia, evolução, reconstituições paleoambientais e correlação.
Paleoecologia: os fósseis podem fornecer elementos indicativos do paleoambiente de formação e/ou sedimentação de uma unidade geológica.
Paleobiogeografia: a reconstrução da posição dos continentes e oceanos na passado geológico é auxiliada pelo conhecimento da distribuição dos fósseis no tempo e no espaço. No presente a distribuição dos animais e plantas, tanto terrestres como marinhos, sofre influência de atalhos (corredores = pathways) disponíveis para a sua dispersão, e tais corredores dependem da posição dos continentes, dos mares, das montanhas, das terras baixas etc. Em outras palavras, irão depender da geografia da Terra. No passado a geografia da Terra era diferente. Os contornos dos continentes não só eram distintos daqueles de hoje, como também os próprios situavam-se em posições diferentes no globo. Diversas disciplinas contribuem para a reconstrução da geografia do passado, a chamada paleogeografia. Descontinuidades na distribuição dos organismos modernos e fósseis estão entre as primeiras evidências que levaram aos geólogos a suspeitarem que os continentes no passado estavam em posições diferentes das atuais (paleobiogeografia). 
Como exemplo de uma restrição paleoecológica influenciada pela geografia de uma região temos a ilustração esquemática da Figura 1, onde se destacam barreiras de ordem natural que limitam as províncias paleobiogeográficas.
barreira
Sem organismo de correlação entre as províncias A e B.
 
Figura 1: exemplo esquemático de barreira paleobiogeográfica entre 2 províncias.
A B
Evolução: refere-se à cadeia que conecta os organismos aos outros através do tempo geológico (Stearn & Carroll 1989). Alguns dos processos da evolução foram descobertos por meio de estudos comparativos dos organismos vivos, e outros através de testes de laboratório. Não existe consenso entre os especialistas no que concerne à extensão dos mecanismos de evolução revelados pelos fósseis, mas todos concordam que o curso da evolução pode ser seguido somente pelo estudo dos fósseis e sua aplicação. Sem o conhecimento dos fósseis não se saberia da existência de diversas espécies de animais e plantas extintos que formaram as relações da cadeia evolutiva.
Reconstituições paleoambientais: um dos principais objetivos dos geólogos ao estudar rochas sedimentares é reconstituir (interpretar) o ambiente deposicional no qual as rochas se formaram. Interpretações corretas significam a descoberta de campos petrolíferos, depósitos de sal ou de metais básicos (Stearn & Carroll 1989). Como evidências de antigos ambientes de sedimentação o geólogo dispõe das estruturas sedimentares, da textura e composição litológica dos grãos que formam o sedimento, e os fósseis eventualmente preservados nele. Os organismos são de longe mais sensíveis às variações ambientais e, em conseqüência, diagnósticos do tipo de ambiente no qual eles viveram em comparação com os grãos do sedimento. Estudos sobre o modo de vida e as exigências (requisitos) ambientais dos organismos que se tornaram fósseis posteriormente fornecem as mais precisas informações acerca do ambiente formador do sedimento que os contêm.
Correlação: estabelecer uma correspondência em caráter e posição estratigráfica. Baseia-se em características físicas e temporais (Figura 2).
Correlação física: determina a continuidade física da unidade estratigráfica de uma região para outra. Pode ser complicada pela variação lateral de fácies. Corresponde ou não à uma correlação temporal.
Correlação temporal: indica se as unidades estratigráficas depositaram-se ou não ao mesmo tempo (igual intervalo de tempo). Guarda significado cronológico. Ex: migração de ambientes sedimentares devido a eventos de transgressão e regressão marinhas onde uma camada arenosa não se depositou ao mesmo tempo por influência destes eventos.
Correlação física e temporal: evento geológico de curta duração como uma explosão vulcânica (depósitos de cinzas vulcânicas), correntes de turbidez (depósitos de turbiditos), corrida de lama (debris flows) etc.
Figura 2 – Tabela de distribuição dos fósseis-guias ao longo do tempo geológico, desde o Cambriano até hoje. A parte em que o sector compreendido entre as linhas estiver hachuriado indica o intervalo de tempo em que as informações são mais precisa.
1.2 – Fósseis Característicos
Chama-se Fósseis Característicos (ou fóssil-guia ou fóssil-índice) os fósseis que podem ser utilizados para delimitar intervalos de tempo geológico relativamente curtos e que, por tanto, podem ser utilizados como critério de correlação estratigráfica precisa.
Um Fóssil característico ideal deve cumprir, de acordo com Babin (1987) e outros muitos autores, três condições básicas:
que se trate de espécies de evolução relativamente rápida;
que tenha uma distribuição geográfica muito ampla, se possível ocupando toda a superfície da Terra. Dentro do meio marinho os melhores fósseis guias são os nadadores ou flutuadores que vivam em águas de diferentes temperaturas. Dentro dos organismos continentais, os melhores são aqueles menos exigentes em fatores ecológicos, e que possa viver em diferentes latitudes, altitudes e tipos de relevo;
que tenha abundância suficiente.
Os fósseis guias que dão maior precisão a cada um dos intervalos de tempo correspondem a diferentes táxons (Figura3). Alguns táxons podem ser excelentes fósseis guia em um intervalo de tempo por exemplo: no Paleozóico inferior os melhores fósseis são os trilobitas e graptolitas ambos marinhos. No Paleozóico superior são os braquiopódos, amonóides, conodontes e foraminíferos em rochas sedimentares formadas em maio marinhos e as plantas superiores em rochas continentais do Carbonífero ao Permiano.
No Mesozóico os melhores fósseis guias são os amonóides e se complementam com os ostracódes, dentro do Cretáceo se usam os foraminíferos, radiolários e nanofósseis, para meio marinhos e as plantas superiores (incluindo polens e esporos) e os mamíferos para o ambiente continental.
F
igura 3 – Tabela de distribuição dos fósseis-guias ao longo do tempo geológico, desde o Cambriano até hoje. A parte em que o sector compreendido entre as linhas estiver hachuriado indica o intervalo de tempo em que as informações são mais precisa.
1.2.1 - Biohorizontes
Em uma seção estratigráfica cada fóssil aparece em um conjunto de estratos determinado (Figura 4 ). As superfícies estratigráficas que limitam a presença de um fóssil determinado em uma seção estratigráfica se chama de Biohorizontes. Para cada fóssil se delimita um bio horizonte de primeira aparição (BPA) que é a superfície de estratificação a partir da qua aparece o fóssil guia, e um Biohorizonte de Última Aparição (BUP) que é a superfície de estratificação a partir da qual o fóssil guia desaparece.
A distância entre os biohorizontes numa mesma seção estratigráfica varia muito consideravelmente de um fóssil para outro, já que depende da taxa de mudança evolutiva e da taxa de sedimentação do material que os contém. Essa distância será mais curta nos fósseis guias.
A Figura 4 apresenta um caso idealizado de uma seção estratigráfica que tenha delimitado previamente as varias unidades litoestratigráficas (A,B,C,D,E,F e G). O fóssil M tem seu bio-horizonte de primeira aparição e última presença não coincidente com os limites das unidades litoestratigráficas. O fóssil N o BPA coincide com um limite litoestratigráfico, porem o BUP não. O fóssil O os dois bio-horizontes são limites litoestratigráficos, porém nenhum coincide com os bio-horizontes dos fósseis anteriores. O fóssil P esta presente em toda seção estratigráfica, porém seu BPA é mais antigo que a unidade estratigráfica inferior A e o BUP mais novo que a unidade superior G. O fóssil Q tem um intervalo de tempo muito curto e por esse motivo será o melhor fóssil guia do conjunto.
Figura 4 – Distribuição de diferentes fósseis (M,N,O,P e G) em uma seção estratigráfica. BPA – Bio-horizonte de Primeira Aparição; BUP – Bio-horizonte de Ultima Aparição.
A distribuição ideal dos fósseis seria aquela em que o bio-horizonte de primeira aparição em uma seção estratigráfica representasse o momento do tempo geológico da aparição de uma espécie na superfície da Terra em que o BUA coincidisse com o desaparecimento da citada espécie. Na prática podem ocorrer que a idade do BPA seja posterior ao momento de aparição da espécie devido a diversos fatores (impossibilidade de fossilização ou de preservação, fenômenos de migração, barreiras ecológicas,etc). O mesmo se pode falar do BUP, cuja idade pode ser mais antiga que o momento de desaparecimento da espécie. Em suma, a distribuição temporal de uma espécie deduzida em uma seção estratigráfica, será igual ou inferior a distribuição temporal da mesma na Terra.
1.3 – Isocronia
Uma das bases conceituais de maior importância na Bioestratigrafia consiste em considerar que as espécies aparecem de maneira simultânea em toda a superfície da Terra. A aprição de uma espécie ocorre em um ponto geográfico concreto e a partir deste tende a dispersar ocupando a máxima superfície possível. O tempo necessário para esta ocupação é muito curto (alguns milhões de anos) – Figura 5.
Nenhuma espécie chega a ocupar toda a superfície da Terra já que existe barreiras ecológicas. O resultado é que em uma seção estratigráfica, diversas espécies podem aparecer em níveis estratigráficos muito diferentes com respeito a isócronas de referência, o que dificulta notadamente a interpretação bioestratigráfica.
Figura 5 – Gráfico onde se mostra a distribuição estratigráfica idealizada de uma espécie e a distribuição hipotética geográfica e temporal, para um conjunto de seções estratigráficas.
1.4 – Extinções Normais e em Massas
A terminologia da evolução das espécies se chama Extinção ao processo de desaparecimento de uma espécie. Desconhecem-se as causas detalhadas das extinções, se estima
Figura 6 – Zoneamento bioestratigráfico do Cretáceo com base em amonitas (amonóides), nanofósseis, foraminíferos e esporos (Fonte: Stearn & Carroll 1989 Fig. 13-1).
que o meio biológico e físico vão eliminando continuamente as espécies, ao mesmo tempo que a evolução vão formando outras, uma com características similares e outras muito diferentes. Podemos dividir as extinções de duas formas: normais e maciças.
Chama-se Extinção Normal o desaparecimento paulatino das espécies, ao contrário da Extinção em Massa quando ocorre um desaparecimento simultâneo de um grande número de organismo (catástrofe). 
1.5 – Biozona
Chama-se Biozona rochas sedimentares estratificadas diferenciadas caracterizados peo seu conteúdo paleontológico. Uma biozona pode estar baseado em Táxon simples ou uma combinação de vários (Figura 6). Um mesmo intervalo de uma seção estratigráfica pode ser dividido em zonas de maneira diferente em função do critério de diagnóstico do grupo fóssil escolhido.
As normas internacionais de nomenclatura estratigráfica (GEI,1980) estabelecem diferentes tipos de biozonas e fixam condições que se devem cumprir para sua correta definição, assim como a maneira de denominá-la. As normas estabelecem a possibilidade de utilizar unidades bioestratigráficas de amplitudes diferentes.
De uma parte estão as Superbiozonas que são unidades de amplitudes superior que agrupam biozonas com características bioestratigráficas em comum. De outra parte tratamos as subdivisões das biozonas em subzonas e zonulas. De todas estas unidades, na prática, as subzonas são as únicas que tem um uso freqüente, de maneira que muitas biozonas são divididas em duas ou mais subzonas.
1.5.1 – Cenozona
É um tipo de unidade bioestratigráfica definido a partir do conteúdo total de fósseis ou a partir de um grupo de fósseis selecionados. O Guia Estratigráfico Internacional define como um corpo de estratos cujo conteúdo fossilífero ou de fósseis de um certo tipo, tomado em sua totalidade, constituem um conjunto ou associação natural que se diferencia dos estratos adjacentes. A Cenozona será o intervalo de estratos em que coexistam várias formas fósseis e seus limites serão biohorizontes que marcam seus limites – Figura 4a.
1.5.2 – Biozona de Amplitude (Extensão)
Biozona de Extensão são os estratos que representam a extensão total da presença do fóssil, ou associação de fósseis selecionados. Diferenciam-se quatro tipos fundamentais de biozonas de extensão.
Biozona de amplitude de um táxon – “ é o conjunto de estratos que representa a extinção total (horizontal e vertical da presença de exemplares de determinado táxon (espécie, gênero, família etc)” GEI,1980. Os limites deste tipo de biozonas são os biohorizontes de primeira aparição e última do táxon. Figura 4b.
Biozona de amplitude Coincidente – corresponde a parte coincidente ou concorrente das zonas de extensão de dois táxon. Os limites são o BPA de um táxon e de BUP de outro táxon – Figura 4c.
Opelzona – é uma biozona de extinção de táxon “selecionados” de maneira que possam ser um bom critério geocronológico. Por regra geral, a parte inferior da opelzona se caracteriza por BPA de determinados táxons e a parte superior com um BUP de outros táxon. O limite de uma opelzona coincide com o seguinte, de maneira que se chega a ter uma divisão de tempo geológico.
Filozona – é a biozona que “ contém exemplares representativos de um segmento deuma linha ou direção de evolução, limitada tanto acima quanto abaixo por mudanças de características da linha ou dirção” GEI,1980. Os limites da filozona são biohorizintes de BPA de espécies dentro de uma mesma linha evolutiva – Figura 4d.
1.5.3 – Biozona de Apogeu
Baseia-se na abundãncia de alguma espécie, gênero ou família, em lugar da extinção total de algum deles. A Biozona de Apogeu é o conjunto de estratos caracterizado pela máxima abundância de um táxon selecionado. Figura 4e.
1.5.4 - Biozona de Intervalo
Corresponde a um conjunto de estratos delimitado por dois biohorizontes, de dois organismos distintos. O tipo mais freqüente de Biozona de Intervalo é aquele em que o limite inferior é o biohorizonte de ultima presença de um táxon e o limite superior é o biohorizonte de primeira aparição de outro táxon, sem que no intervalo esteja nenhum deles. Figura 4f.
Também se pode definir biozonas de Intervalo para os conjuntos de estratos limitados por dois biohorizontes de ultima presença de táxons diferentes (Figura 4g) ou por dois limites de primeira aparição, igualmente de dois táxons diferentes (Figura 4g).
Figura 7 – Tipos de zoneamento bioestratigráfico (Biozonas).
Bibliografia recomendada
Antunes R.L. & Melo J.H.G. 2001. Micropaleontologia e Estratigrafia de Seqüências. In Severiano-Ribeiro H.J.P. (org.) Estratigrafia de Seqüências: fundamentos e aplicações. EDUNISINOS, São Leopoldo, RS, p. 137-218.
Ager D.V. 1993. The nature of the stratigraphical record. 3. ed. John Wiley & Sons, 151p.
Eicher D.L. 1969. Tempo Geológico. Cap. 5. Ed. Edgard Blücher, São Paulo, 173 p. (Série de Textos Básicos em Geociências)
Dunbar & Rodgers 1963. Principles of stratigraphy. John Wiley & Sons, New York, 356 p.
Kauffman E.G. & Hazel J.E. (orgs.) 1977. Concepts and Methods of Biostratigraphy, Dowden, Hutchinson & Ross, Stroudsburg, Pennsilvannia, 658 p.
Krumbein W. C. & Sloss L.L. 1963. Stratigraphy and sedimentation. Freeman & Co., 2ed
Mendes J.C. 1982. Paleontologia Geral. Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, 363 p.
Mendes J.C. 1984. Elementos de Estratigrafia. T.A. Queiroz Editor e EDUSP, São Paulo, 566 p.
Mendes J.C. 1988. Paleontologia Básica. EDUSP, São Paulo, Cap. 14, p. 315-336.
Petri S., Coimbra A.M., Amaral G., Ojeda y Ojeda H., Fúlfaro V.J., Ponçano W.L. 1986. Código Brasileiro de Nomenclatura Estratigráfica. Revista Brasileira de Geociências, 16(4):370-415.
Stearn C.W. & Carroll R.L. 1989. Paleontology: the Record of Life. John Wiley & Sons, Inc., 463 p.

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