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1 O TEMPO GEOLÓGICO 1. INTRODUÇÃO A partir do momento em que os cientistas começaram a perceber que o planeta em que habitavam não era um cenário imutável, mas que os elementos da paisagem se modificavam lentamente, começou a preocupação com o entendimento da história da Terra. Que tipo de mudanças teria ocorrido no passado e quanto tempo teriam demorado? Teria a Terra um começo e um fim? Mudaria ciclicamente ou estaria numa constante transformação, sendo sempre diferente? 2. MÉTODOS DE DATAÇÃO RADIOMÉTRICA Uma década após o descobrimento da radioatividade por Becquerel em 1896, Voltwood, B.B. imaginou um método que determinava a idade de várias rochas a partir dos produtos de desintegração radiotiva espontânea de alguns minerais. Começava assim a era das datações radiométricas, que possibilitaram a elaboração de uma escala de tempo absoluta para os eventos geológicos. Em outras palavras, existem na natureza elementos radioativos em certos minerais, que são considerados como os “relógios da Terra”. Eles sofrem um tipo especial de transformação que se processa em ritmo uniforme, século após século, sem nunca se acelerar ou retardar – denominado de radioatividade, isto é, elementos que se desintegram perdendo partes de seu núcleo atômico, transformando-se em outros elementos mais estáveis. Ao elemento que se desintegra denomina-se pai, e ao resultado, filho. Os métodos de datação radiométrica consistem basicamente em determinar num mineral que possua um elemento radiativo a relação entre o pai e o filho. Conhecendo a meia-vida, é possível calcular a idade do mineral. Os principais métodos utilizados para a datação de eventos geológicos são o urânio-chumbo, potássio-argônio e rubídio-estrôncio, sendo o primeiro o elemento pai e o segundo elemento filho. Para os últimos 30 mil anos da história geológica utiliza-se o método C 14 . Trata-se de um método que mede a quantidade desse isótopo de carbono contido nos restos orgânicos. Os seres vivos têm todos a mesma proporção de C 14 em relação ao carbono normal (C 12 ), proporção que permanece constante no organismo vivo por intermédio do metabolismo. Quando o indivíduo morre, o C 14 se desintegra em uma meia vida de 5730 anos. Assim, determinando a proporção de C 14 nos restos orgânicos, é possível estabelecer o tempo transcorrido após a morte do indivíduo. 3. DIVISÃO DO TEMPO GEOLÓGICO Uma tabela do tempo geológico parece bastante simples: uma subdivisão do tempo, desde a origem da Terra até os nossos dias, usando fenômenos geológicos para caracterizar os diferentes intervalos. O Tempo Geológico é dividido em Períodos e destes em Épocas e unidades menores. Semelhanças e distinções entre os fósseis de diversos períodos permitiram a agregação dos Períodos nas Eras Paleozóica (vida antiga), Mesozóica (vida intermediária) e Cenozóica (vida moderna), delimitadas pelas maiores extinções na história da vida. Modernamente da Eras têm sido agrupadas em intervalos de tempo maiores conhecidos como Eons, são eles: Eons Arqueano (parte ainda sem vida = azóica), Proterozóico (vida primitiva) e Fanerozóico (vida visível). O conjunto Arqueano + Proterozóico também é conhecido como Pré-Cambriano. Resumindo: a era mais antiga é a Pré-Cambriana (Arqueano + Proterozóico), que teve uma duração de mais de quatro bilhões de anos, seguida pela paleozóica, cuja duração foi cerca de 375 milhões de anos e se subdivide nos períodos Cambriano, Ordoviciano, Siluriano, Devoniano, Carbonífero e Permiano. A seguir vem a Era Mesozóica, de 155 milhões de anos de duração, dividida nos períodos Triássico, Jurássico e Cretáceo. A era atual é a Cenozóica, que começou há 70 milhões de anos e é dividida em dois períodos: Terciário e Quaternário. O período Terciário, por sua vez, é dividido em épocas chamadas Paleoceno, Eoceno, Oligoceno, Mioceno e Plioceno. 2 3.1. ÉON PRÉ-CAMBRIANO (ARQUEANO + PROTEROZÓICO) – os primeiros tempos da Terra Definir o começo da história da Terra é um tanto difícil, pois se deveria estabelecer em que momento os elementos que a compõem, que foram criados em diversos estágios da evolução estelar, se agruparam e se organizaram para formar o planeta. Segundo a teoria mais aceita, há mais de 4,5 bilhões de anos pequenos corpos celestes denominados planetesimais colidiam mutuamente por efeito da atração gravitacional. Com o aumento do tamanho e conseqüentemente de gravidade, aumentava também a freqüência dos impactos sobre os corpos maiores. Dessa forma ter-se-iam originados os chamados planetas terrestres (Figura 1). As colisões provocaram a dissipação da energia cinética, transformando-a em calor que aquecia cada vez mais os materiais do planeta em formação. Por outro lado, o aumento da gravidade possibilitava ao planeta reter alguns voláteis gerados pelos impactos, formando-se assim uma atmosfera primitiva. Os elementos mais pesados, principalmente o ferro e o níquel, teriam migrado para o interior, constituindo o núcleo, enquanto os mais leves se localizaram próximos a superfície, sendo dessa forma possível a diferenciação do núcleo, manto e crosta terrestre (Figura 2). Em determinados locais, onde o calor sob a crosta era mais intenso, ocorriam processos de diferenciação magmática, isto é, os materiais que têm ponto de fusão mais baixo fundem primeiro e se separam do magma original. Esses materiais são menos densos e ascendem até alcançar a superfície. Através desse processo, começam a se formar as primeiras porções dos continentes ancestrais, que crescem progressivamente pela continuidade desse processo. As rochas mais antigas, provenientes desses continentes ancestrais forneceram idades próximas a 3,8 bilhões de anos. Evidências geológicas mostram que nessas idades já existiam continentes de mais de 500 km de extensão, que possuíam partes emersas submetidas a processos de erosão e bacias sedimentares onde se depositavam os sedimentos resultantes da erosão das partes altas desses primeiros continentes. Ao longo dos tempos arqueanos (4,5 até 2,5 bilhões de anos) e proterozóicos (2,5 até 0,6 bilhões de anos) que abrangem aproximadamente 87% da história da Terra, os continentes foram crescendo por adição de nova crosta continental nas suas bordas. A atmosfera primitiva começou a se formar quando a gravidade do planeta foi suficiente para reter os gases liberados pelas colisões dos planetesimais e, posteriormente, pelas exalações magmáticas. Estas exalações eram compostas principalmente de água (79%), dióxido de carbono (12%), dióxido de enxofre (6%) e nitrogênio (1%); o oxigênio não faz parte delas. O vapor de água se condensava e precipitava formando os mares, e o dióxido de enxofre formava ácido sulfúrico que reagia com as rochas, formando sulfatos. Formou-se, desse modo, uma atmosfera rica em dióxido de carbono (CO2). O teor de oxigênio era de apenas 0,1% do existente atualmente e produzido na alta atmosfera pela radiação ultravioleta do sol. É interessante notar que durante os tempos arqueanos (4,5 a 2,5 bilhões de anos), segundo cálculos astronômicos, a radiação solar era provavelmente 25% menor que a atual. Se nessa época a atmosfera tivesse a mesma composição que hoje, a temperatura na superfície terrestre seria inferior a O o C, mas o efeito estufa provocado pelo CO2 da atmosfera primitiva teria mantido a temperatura superficial em torno de 2 o C a 37 o C, ou seja, similar ou um pouco mais elevada que a atual. A atmosfera rica em CO2 também provoca chuvas ácidas que corroíam a superfície dos continentes, carregando para os oceanos numerosos íons, principalmente Fe +2 , Ca +2 , Mg +2 e Na. Nessa época existiam em solução nos mares todosos elementos essenciais à constituição da vida. A atmosfera, desprovida de oxigênio molecular (O2), originava um meio redutor propício à formação de moléculas complexas (sínteses pré-bióticas) que propiciariam o aparecimento dos primeiros seres vivos (Figura 3). As primeiras evidências de vida conhecidas através de fósseis datam de 3,5 bilhões de anos. Tratam-se de esporos muito resistentes, produzidos por organismos similares a algas. Esses organismos unicelulares representam um estágio bastante avançado na evolução orgânica, podendo, portanto, inferir que a vida deve ter aparecido muito antes. A maioria dos grupos de animais mais complexos surge no Proterozóico Superior, há aproximadamente 700 milhões de anos, quando a atmosfera se tornou oxidante. No Arqueano (4,5 a 2,5 bilhões de anos), atmosfera era quase desprovida de O2, porém organismos anaeróbicos, que viviam nos mares, liberavam O2 como produto de seu metabolismo. Esse oxigênio se combinava com os cátions que existiam nos mares. Por exemplo, o ferro, que era abundante, combinava-se com o O2 e se precipitava na forma de óxido. 3 Somente quando esses cátions foram eliminados dos mares é que o oxigênio molecular começou a se acumular na atmosfera. Por volta de 700 milhões de anos o teor de O2 na atmosfera atingia 1% do existente hoje, possibilitando a passagem da vida anaeróbica para aeróbica, iniciou a expansão e diversificação da vida. O oxigênio é um elemento curioso. Sem ele, nenhuma forma de vida mais complexa que as bactérias sobreviveria. Mas, em seu estado livre numa célula, torna-se extremamente nocivo por sua alta reatividade química. Felizmente cedo na história dos organismos surgiram enzimas que controlavam a reatividade do O2. Há cerca de 600 milhões de anos outro fator importante marcou a evolução da vida no planeta; o aparecimento de partes duras nos organismos. Numerosos organismos de diversos grupos começavam a secretar conchas, carapaça, muito úteis como defesa contra os predadores e provavelmente contra as radiações ultravioletas muito intensas dessa época. Assim, a seleção natural operou a favor desses organismos. Essa nova característica dos seres vivos teve uma conseqüência importante no registro fóssil, pois as partes duras se fossilizam com muito maior facilidade que as partes moles. O aparecimento de abundantes fósseis característicos tem sido utilizado para estabelecer o limite entre os Éons Proterozóico-vida primitiva e o Fanerozóico-vida visível (Figuras 4 e 5). 3.2. ÉON FANEROZÓICO (vida visível) O registro geológico Fanerozóico se caracteriza pela existência de abundantes fósseis animais e vegetais que, desde os primeiros estudos geológicos, têm possibilitado estabelecer as divisões da coluna geológica. As principais divisões dos tempos Fanerozóicos são as Eras Paleozóica (vida antiga), Mesozóica (vida intermediária) e Cenozóica (vida moderna). 3.2.1. Era Paleozóica (vida antiga) Durante a Era Paleozóica (600 até 225 milhões de anos) os cinco continentes ancestrais do Proterozóico vão se aglutinando até formar um continente só. Desse modo, no fim do Siluriano existiam dois grandes continentes Gondowana e Laurásia que se aproximaram e se uniram no Carbonífero (350 até 270 milhões de anos), formando o continente Pangea. O restante do planeta estava coberto por um oceano denominado de Pantalassa e entre o Gondowana e Laurásia se abria um enorme golfo para leste denominado de mar de Tetis (Figuras 6 e 7). A vida no Paleozóico se caracteriza principalmente por sua riqueza em animais invertebrados. No Cambriano surge a maioria dos filos. Já no período seguinte, o Ordoviciano, aparecem também os vertebrados. No Cambriano a vida nos mares estava representada por algas e invertebrados, estes últimos os mais encontrados no registro fóssil são os trilobitas (artrópodes). Os períodos Ordoviciano e Siluriano se tornam abundantes os briozoários e os corais primitivos, que formam grandes recifes, os cefalópodes e os ostracodes (crustáceos). Do Ordoviciano Inferior têm-se os primeiros restos conhecidos de vertebrados e correspondem a peixes sem mandíbulas (agnathas). Durante os períodos Ordoviciano e Siluriano as plantas fazem a transição da água para a terra. O Devoniano é conhecido como a idade dos peixes por sua abundância e diversidade. Os peixes sem mandíbula quase se extinguiram no Carbonífero, os cartilaginosos se mantiveram com poucas modificações até o presente, enquanto os peixes ósseos evoluíram e se diversificaram. Os répteis apresentaram um importante avanço evolutivo sobre os anfíbios: ovo com casca, que representa a conquista definitiva das terras emersas. Eles já não precisavam voltar ao meio aquático para a reprodução, como acontecia com os anfíbios. As plantas experimentaram uma rápida expansão no Devoniano. No começo eram escassas, mas nesse período existiram florestas de samambaias arborescentes (pteridófitas). No Carbonífero e Permiano ocorreu no continente de Gondowana uma das maiores glaciações da história do planeta. Uma enorme calota de gelo de alguns milhares de metros de espessura cobria grande parte do continente. 4 O fim da era Paleozóica está marcado pela extinção ou declínio de numerosos grupos de animais e plantas. Para as extinções particularmente críticas para os invertebrados, calcula-se que praticamente metade das famílias de invertebrados desapareceu. Extinguiram-se os trilobitas e grupos de corais moluscos, entre outros. Dentre os vertebrados extinguiram os peixes sem mandíbula e declinaram os anfíbios, alguns grupos de répteis além de grupos de plantas. 3.2.2. Era Mesozóica O grande continente de Pangea que se formou no fim do Paleozóico, vai se separar progressivamente no Mesozóico (225 até 75 milhões de anos). O clima no Mesozóico era predominantemente quente e seco, tornando-se mais úmido no Jurássico. No começo do Cretáceo, o clima continuava quente, ocorrendo climas subtropicais até nas altas latitudes, porém no Cretáceo Superior se inicia um resfriamento gradual que vai continuar na era seguinte (Cenozóico). Depois das extinções do fim do Paleozóico, outros grupos de animais e plantas se desenvolveram e se expandiram, configurando um quadro novo, sendo os principais artrópodos sendo representados pelos crustáceos e insetos. Estes últimos experimentam a uma grande expansão e diversificação, chegando muitos deles praticamente sem modificações até a atualidade. Os peixes dominantes no Mesozóico eram os ósseos de nadadeiras radiadas, enquanto os anfíbios primitivos declinaram e se extinguem no fim do Triássico e os anfíbios modernos como as rãs aparecem no Jurássico. A era Mesozóica é conhecida como a era dos répteis devido à diversificação e importância que tiveram. Um aspecto interessante da evolução dos répteis, e também de alguns invertebrados, durante o Cretáceo, foi a tendência ao gigantismo. Esse progressivo aumento do tamanho se repetir com os mamíferos na era seguinte e deve estar relacionado a uma maior eficiência metabólica. Os primeiros mamíferos apareceram no começo da era Mesozóica. Eram pequenos e escassos e se alimentavam principalmente de insetos e plantas. A sua maior inteligência foi provavelmente o que lhes permitiu viver sob a dominação dos grandes répteis. Da mesma forma que no Paleozóico, o fim da era Mesozóica está marcado por grandes extinções. Desapareceram grupos de cefalópodes, dinossauros, répteis voadores e marinhos, com exceção das tartarugas. Um dos grandes desafios da geologia tem sido tentar explicar essas e outras extinções que ocorreram ao longo da história da Terra. Recentemente, algumas teorias propuseram a participaçãode eventos extraterrestres que ocorreriam com certa regularidade, tal como o bombardeio de cometas/meteoritos. São teorias que se baseiam na existência de finas camadas de irídio originadas pela explosão de cometas/meteoritos próximos à superfície terrestre. Alguns mecanismos astronômicos têm sido propostos para explicar o bombardeio periódico de cometas/meteoritos. A nuvem de cometas existentes nas fronteiras do sistema solar seria perturbada aproximadamente a cada 26 milhões de anos por um planeta ainda desconhecido, ou por uma estrela acompanhante do sol ou pela passagem do sistema solar pela parte mais densa da galáxia. 3.2.3. Era Cenozóica A Era Cenozóica (70 milhões de anos até hoje) divide-se em dois períodos: o Terciário (70 até 2 milhões de anos) e o Quaternário (2 milhões de anos até hoje). A. Período Terciário No Terciário os continentes e bacias oceânicas vão alcançando progressivamente sua configuração atual. O Mar de Tetis que separava os continentes Gondwana e Laurásia fecha-se definitivamente com a colisão da Índia com a Ásia, formando grandes montanhas de colisão, como os Himalaias (Figuras 6 e 7). Durante o Terciário continua o resfriamento climático que tinha começado no Cretáceo. Apesar de algumas inflexões para climas mais quentes no Paleoceno, Oligoceno e Mioceno, a tendência geral é de resfriamento, que vai culminar com as glaciações do período seguinte. As aves continuam expandindo-se e diversificando-se. No entanto, o Cenozóico é denominado a era dos mamíferos. Eles foram a classe dominante de vertebrados que ocuparam os habitats deixados pelos dinossauros no fim do Mesozóico. Tinham sobres estes numerosas vantagens: maior inteligência, maior proteção à prole e uma vida mais ativa, determinada pelo sangue quente. Algumas das tendências evolutivas 5 mais importantes dos mamíferos são: o aumento progressivo do tamanho, a diminuição do número de dedos e o aumento do tamanho do cérebro. Um exemplo que ilustra bem essa tendência é o cavalo. Os ancestrais do Terciário Inferior eram do tamanho de um cachorro médio e possuíam quatro dedos nas patas dianteiras e três nas traseiras. Já no Terciário Superior aparecem os cavalos similares aos atuais, com um só dedo. No começo do Terciário aparecem os primatas, um grupo de mamíferos ancestrais do homem. O hominídeo mais antigo conhecido é do Mioceno Superior (25 milhões de anos). Possuía cerca de um metro de altura e tinha uma dentição similar à do homem moderno. No fim do Terciário (7 a 2 milhões de anos) aparece o Australopithecus, um antecessor ou um parente muito próximo do homem atual. Tinha cerca de 1,3 metro de altura e 40 kg de peso. B. O Período Quaternário O Quaternário divide-se em duas épocas - (1) O Pleistoceno (2 até 11.000 anos antes do presente) conhecido como a idade das glaciações ou do homem; (2) O Holoceno ou Recente (11.000 anos até hoje), que correspondem ao último pós-glacial. Os avanços e recuos dos gelos polares que afetaram as altas e médias altitudes causaram também mudanças climáticas em regiões de baixa latitude. Tais mudanças climáticas propiciaram na fauna e na flora processos adaptativos e migratórios. No Pleistoceno Superior ocorre a extinção de muitos grandes mamíferos. O Homo sapiens aparece por volta de 250 mil anos atrás. BASE BIBLIOGRÁFICA LABOURIAU-SALGADO, M.L. História Ecológica da Terra. Edgard Blucher, 1994. McALESTER, A.L. História Geológica da Vida. Edigard Blucher, 9 a edição, 1999. MENDES, J.C. Elementos de Estratigrafia. T.A.Queiroz, 1992. ORGEL, L.E. As Origens da Vida: Moléculas e Seleção Natural. Editora UNB, 2 a edição, 1988. POPP, J. Geologia Geral. 5 a Edição. LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1998. SUGUIO, K.; SUZUKI, U. A Evolução Geológica da Terra e a Fragilidade da Vida. Edgard Blucher, 2003. TEIXEIRA, W.; TOLEDO, M.C.M.; FAIRCHILD, T.R.; TAIOLI, F. Decifrando a Terra. Editora Oficina de textos, São Paulo/SP, 2000. Porto Velho, junho de 2013. Prof. Dr. Vanderlei Maniesi 6 7 8 9 10 11
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