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O mundo depois do Apocalipse

Como o planeta Terra recuperou-se após o famoso K-Pg (o grande evento de extinção dos dinossauros)? No Brasil, um importante depósito fossilífero nos dá uma ideia de como o mundo se parecia pouco depois dessa catástrofe. Conheça a Bacia de São José de Itaboraí! O único depósito brasileiro que registra a radiação dos mamíferos após a extinção dos dinossauros. 

A Bacia de Itaboraí no início do século XXI

Sem sombra de dúvida os dinossauros sempre foram a grande vedete da paleontologia. A fama deles chega por vezes a ofuscar outros personagens do nosso passado geológico. Todavia, não há momento mais importante para nós, mamíferos, do que o período logo após a extinção desses gigantes. São as criaturas dessa “época pós-apocalíptica”, que revolucionariam o mundo para que ele, um dia, viesse a se tornar o que é hoje.

O Paleoceno é a primeira época do Período Paleógeno, dentro da Era Cenozóica. Ele sucede diretamente o Cretáceo, o último período da Era Mesozóica. O Paleoceno está compreendido entre 66 e 55 milhões de anos atrás, aproximadamente, e é seguido pelo Eoceno, o Oligoceno, o Mioceno, o Plioceno, o Pleistoceno e o Holoceno (época atual), respectivamente (veja imagem abaixo).

Escala do tempo geológico enfatizando a Era Cenozóica

Com relação ao clima e a geografia, durante o Paleoceno o mundo era muito semelhante àquele cretácico. O clima era relativamente mais quente que o atual – tendo atingido um pico térmico no final do dessa época, leia mais sobre isso em “Terra Febril” – e os continentes continuavam a sua lenta marcha para a posição atual. Biologicamente, no entanto, o planeta estava radicalmente mudado. As criaturas nos mares não eram mais as mesmas e os ecossistemas terrestres também não. Os arcossauros, vertebrados que haviam dominado o planeta Terra até o final do Cretáceo, encontravam-se baqueados. Tinha início a grande revolução mamaliana.

Os espaços ecológicos deixados vagos pelos grandes dinossauros com a extinção do K-Pg seriam paulatinamente ocupados por outros grupos de organismos. Entre eles, os mamíferos, que começam a assumir algumas posições chaves nos ecossistemas a partir do Paleoceno. A origem evolutiva das grandes famílias mamalianas parece ter raiz no Cretáceo, mas é a partir do Paleoceno que ocorre uma grande diversificação de formas desse grande grupo.

Os depósitos do Paleoceno são relativamente raros no mundo e os mais estudados estão na América do Norte, como Crazy Montain field, por exemplo, nos Estados Unidos. A raridade desses depósitos é apenas o primeiro fator que torna a Bacia de São José de Itaboraí , no Brasil, tão importante. O segundo é, sem dúvida, a qualidade dos seus fósseis. O depósito brasileiro, que contêm fósseis com preservação excepcional, está localizado no estado do Rio de Janeiro, no município que lhe dá o nome: Itaboraí, mais especificamente, no distrito de São José. A bacia é pequena, uma das menores do Brasil, mas isso é inversamente proporcional a sua relevância científica. Ela é reconhecida internacionalmente e já recebeu a visita de diversos pesquisadores do mundo todo.

A surpreendente Bacia de São José do Itaboraí nos dá uma idéia de como teria sido o mundo pouco tempo depois da extinção que marcou o fim do Cretáceo. Se você nunca ouviu falar sobre este patrimônio geo-paleontológico brasileiro, aqui vai uma oportunidade de conhecê-lo:

Convidamos a Dra. Lilian P. Bergqvist e sua aluna Stella Barbara S. Prestes, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), para nos contar parte da história desse importante depósito sedimentar, que tem revelado fragmentos importantes do início da história da fauna neotropical moderna.

Dra. Lilian P. Bergqvist atualmente é professora do Departamento de Geologia da UFRJ, ela estuda os mamíferos fósseis da Bacia de Itaboraí desde o início de sua carreira acadêmica e, melhor do que ninguém, pode nos introduzir à história e a importância deste lugar.

Stella Barbara S. Prestes é graduanda em Ciências Biológicas pela UFRJ e participa ativamente dos trabalhos realizados na região, além de atualmente desenvolver um projeto educacional e de divulgação em relação ao Parque Paleontológico de São José de Itaboraí.

 

A BACIA DE SÃO JOSÉ DE ITABORAÍ

 Por Stella Barbara S. Prestes e Lilian P. Bergqvist

A Bacia de São José de Itaboraí está localizada no estado do Rio de Janeiro. Trata-se de uma das menores bacias sedimentares brasileiras (cerca de 1.000 metros de comprimento por 500 m de largura), contendo o mais antigo registro continental Cenozóico do Brasil.

Localização da Bacia de Itaboraí

Possui registros de rochas que variam de cerca de 70-65 milhões de anos até depósitos recentes relacionados ao homem pré-histórico (8.100 anos). Esta bacia sedimentar é preenchida principalmente por deposição química de calcários em uma depressão associada aos fenômenos tectônicos que originaram a Serra do Mar. Também são encontrados depósitos detríticos. Alguns autores associam a origem do calcário à dissolução dos mármores do embasamento cristalino por ação de fenômenos de vulcanismo. O fato é que, em suas bordas, são encontradas lavas vulcânicas (rocha denominada ankaramito), cuja idade foi datada como de 52 milhões de anos. Esta lava “fritou” os sedimentos da base da bacia, carbonizando pedaços de vegetais, evidenciados pela presença de galhos e troncos fósseis.

 Desde 1928 a Bacia de Itaboraí vinha sendo explorada como mina de calcário pela Companhia Mauá de Cimento, o terreno foi doado ao município em 1984, quando a empresa encerrou suas atividades na região. O cimento produzido neste local foi utilizado para a construção do estádio Maracanã e da ponte Rio-Niterói. Ao encerrar atividades, a empresa deixou uma cava de 70 metros de profundidade que foi preenchida por água subterrânea e das chuvas, criando um lago artificial que atualmente abastece os moradores do bairro São José.

Bacia de Itaboraí em 1957
Cimento Mauá, produzido por meio do calcário da região de Itaboraí
Bacia de Itaboraí em 2010 – Fonte: Prefeitura de Itaboraí

Dentro das fendas que cortavam os calcários foram encontrados fósseis da época Paleoceno do período Paleogeno de Itaboraí, relacionados aos existentes na Patagônia e sem outros representantes nas Américas. Eles são responsáveis pela definição, reconhecida na coluna internacional de tempo geológico, como andar Itaboraiense.

Esta Bacia é ricamente fossilífera, tendo sido coletados milhares de fósseis de animais (gastrópodes, mamíferos, aves, répteis e anfíbios) e vegetais. Os gastrópodes e os mamíferos são os fósseis mais abundantes. Os primeiros são comuns no calcário argiloso cinzento que formava o assoalho da bacia, enquanto os mamíferos são predominantes nos sedimentos que preenchiam as fendas que cortavam verticalmente os calcários. Restos de preguiça gigante, mastodonte e tartaruga foram encontrados em pequeno depósito de cascalho ao sul da bacia.

Reconstituição artística de como a região da Bacia de Itaboraí seria durante o Paleoceno – por Wagner Bromerschenkel, 2005
Reconstituição de Protodidelphis, uma das espécies de mamíferos fósseis encontrados na Bacia de Itaboraí – Por Maurílio de Oliveira
Reconstituição esqueletal de Carodnia vierai, um dos mais ilustres mamíferos fósseis paleocênicos da Bacia de São José de Itaboraí, foto por Paul Jürgens. Este animal teria 2,20m de comprimento e chegaria a 400kg.

No ano de 1990, a prefeitura municipal de Itaboraí declarou a área antes explorada pela companhia de cimento como utilidade pública, e em 1995, finalmente foi criado o Parque Paleontológico de Itaboraí.

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Bom, quanto ao Parque Paleontológico de Itaboraí, aí já é outra história sobre a qual também se tem muito para contar! Profa. Lilian e Stella já estão convidadas a voltar e escrever mais para os “Colecionadores de Ossos”.

Nos resta exaltar mais uma vez a importância dessa área sedimentar brasileira e lembrar que além do registro paleocênico,  a região do distrito de São José, em Itaboraí (RJ), também guarda a inestimável evidência da presença de megafauna pleistocênica no Rio de Janeiro e a ocorrência de artefatos arqueológicos. Estes últimos, de idades bem mais recentes…

Voltando um pouquinho para essa história de “mundo pós-apocalíptico”, o que Itaboraí nos mostra é que, mesmo pouco tempo depois da grande extinção que pôs fim à “Era dos Dinossauros”, o mundo já transbordava de vida. Os mamíferos se diversificavam nas ruínas de outros grandes grupos do passado, e avançavam em um planeta quente e úmido: uma nova era. O Paleoceno foi um período importante de recolonização e reconquista de espaço para os sinápsidos, que estavam no “banco de reservas” biológico desde o Permiano-Triássico. Mesmo que praticamente toda fauna paleocênica tenha sido extinta até o meio do Eoceno, este período de tempo foi estratégico, e funcionou como o gatilho para a franca expansão mamaliana e a sua soberania no que diz respeito a ocupação de nichos terrestres e aquáticos atuais. A recuperação foi  rápida.

A nossa lição para 2012 e toda essa história maluca de “fim do mundo” é: a vida sempre volta a florescer, mesmo depois de grandes catástrofes. Geralmente o que acontece é uma troca de personagens principais. Se ocorresse alguma grande catástrofe global agora, que levasse a extinção da humanidade, rapidamente algum outro grupo de organismos tomaria a frente, assim como os mamíferos fizeram logo após a queda dos dinossauros. Fica a dica do Ian Malcom (personagem criado por Michael Crichton em Jurassic Park): “Life always finds a way”.

Referências

Bergqvist, l.P.; Moreira, a.L. & Pinto, d.R. 2006. Bacia de São José de Itaboraí-75 anos de história e ciência. Rio de Janeiro, CPRM- MMe, p. 81.

Veja mais informações e detalhes sobre a Bacia de Itaboraí no SIGEP – clique AQUI – Bacia de São José do Itaboraí, berço dos mamíferos no Brasil

 

Terra Febril

O Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno (MTPE) e as suas lições para a atualidade – Conhecer o passado é a chave para revelar o futuro: 


Há 56 milhões de anos, no final do período conhecido como Paleoceno, um grande aumento no nível de carbono atmosférico mudaria o rumo da vida no planeta para sempre. A Terra tornou-se tão quente, que não havia sequer sinal de gelo nos pólos. Florestas tropicais e pântanos se estendiam até as latitudes mais elevadas e o nível do mar era 70 metros mais alto do que é hoje, cobrindo extensas áreas continentais. As zonas climáticas modificaram-se de tal forma, que obrigaram animais e plantas a se deslocarem ou adaptarem-se as novas condições. Os grupos que não o fizeram, extinguiram-se ainda no início do período Eoceno.

Regiões polares hoje cobertas de gelo foram, na verdade, extensas áreas de pântanos e florestas “tropicais” durante o MTPE:

Os cientistas conhecem esse evento como o Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno (MTPE): Num espaço de alguns milhares de anos – um instante no tempo geológico – as temperaturas globais subiram cerca de 5 graus Celsius. A causa? Uma massiva liberação de gases estufa na atmosfera terrestre. Semelhante às mudanças climáticas provocadas pelo homem na atualidade, o MTPE serve como modelo para compreender o que ocorrerá com a biosfera em um futuro próximo.  O conhecimento exato do que se passou poderia nos ajudar a planejar ações preventivas contra os efeitos catastróficos de erros seculares de emissões de dióxido de carbono pela queima dos combustíveis fósseis. O problema, contudo, é pior do que poderíamos imaginar: a intensa liberação de gases estufa do Paleoceno-Eoceno corresponderia a apenas 10% da proporção em que os gases estufa se acumulam hoje… as conseqüências podem ser terríveis.

Localizando-se temporalmente: Dentro da Era Cenozóica (na qual se deu o reinado dos mamíferos, após a extinção dos dinossauros não-avianos), do Período Paleógeno, a primeira época é o Paleocenoque se inicia a 65 milhões de anos atrás, seguida pelo Eoceno, há aproximadamente 56 milhões de anos.  O MTPE teria se dado na transição Paleoceno-Eoceno – verifique o lado inferior direito da tabela. **O termo “Terciário”, de acordo com a mais recente tabela oficial da GSA, é considerado somente informalmente** 

O MTPE durou mais de 150 mil anos, até que todo carbono “extra” fosse reabsorvido da atmosfera. Durante este tempo, grandes secas assolaram o planeta, enquanto vastas áreas foram castigadas por chuvas e inundações massivas. Apesar de um grande número de extinções, várias espécies prosperaram e mudaram o cenário global para sempre. As conseqüências evolucionárias desse evento podem ser vistas hoje e incluem o sucesso primata, que culminou posteriormente na evolução humana.

Atualmente os cientistas acreditam que o gatilho deste grande evento tenha sido a ruptura final das massas de terra que antes formavam o supercontinente Pangea – especificamente a separação da Europa e a Groenlândia para a formação do Atlântico Norte. Enormes volumes de rocha derretida foram cuspidos para a superfície terrestre e queimaram sedimentos ricos em carbono  –  talvez até carvão e petróleo – próximos a superfície. Os sedimentos queimados teriam emitido colossais quantidades de dióxido de carbono e metano. A julgar pelo volume das erupções, elas teriam sido responsáveis pelo acúmulo inicial de gases estufa, algo na ordem de centenas de pentagramas (105 gramas) de carbono, o suficiente para aumentar a temperatura global em alguns graus. Todavia, algo mais seria necessário para impulsionar o MTPE à sua temperatura máxima.

Erupções vulcânicas deram início ao primeiro pulso de aquecimento
Uma segunda fase de aquecimento intenso foi desencadeada pelo primeiro pulso de emissões. A agitação natural dos oceanos conduziu o calor da superfície para o fundo do mar, liberando uma enorme quantidade de hidratos de metano antes congelados e aprisionados no sedimento marinho (Leia mais sobre Clatratos de Metano AQUI). Conforme os hidratos descongelaram, o gás borbulhou até a superfície. Mais potente que o dióxido de carbono na retenção de calor, o metano induziu o pico mais extremo de aquecimento.

Liberação de hidratos de metano do fundo marinho

O primeiro pulso de aquecimento, portanto, disparou um sistema de retroalimentação positiva. A partir daí, o mundo já quente, só esquentaria ainda mais. Uma montanha-russa. O carbono aprisionado em outros reservatórios começou a ser liberado com o aquecimento progressivo do planeta e a crise se agravou.

A secagem, o cozimento e a queima de material vivo liberam gases estufa. Em alguns lugares, grandes secas teriam ocorrido, além de incêndios generalizados, o que liberou toneladas de CO2. Isso manteve a descarga intensa por um longo período. Além disso, o derretimento do permafrost contribuiu com a situação. Esse tipo de solo congelado aprisiona uma enorme quantidade de material em decomposição, que chega a ter milhares de anos. Ao descongelar, libera metano em profusão. O resultado é dramático.

Atualidade: Incêndios florestais na Europa e Estados Unidos

Atualidade: Enchentes na América do Sul

Atualidade: o derretimento do Permafrost no Alaska, EUA.

No início da crise, o oceano serve como um tampão. Ele absorve parte do carbono liberado. É um processo natural de regulação, porém, depois de um tempo, o acúmulo excessivo deste gás pode escoar para o oceano profundo e gerar um processo de acidificação bastante nocivo. O acúmulo de ácido carbônico é desastroso para a vida oceânica. Ao mesmo tempo em que o fundo oceânico esquenta e se acidifica, o teor de oxigênio dissolvido diminui bruscamente com o aumento da temperatura da água. Foraminíferos e outros organismos microscópicos do leito oceânico são exterminados. A cadeia da vida começa a se romper pela base. O registro fóssil do Paleoceno-Eoceno demonstra que entre 30-50% desses organismos (em número de espécies) se extinguiram nesse período. A acidificação dos oceanos dissolve também o carbonato de cálcio das conchas de invertebrados marinhos. Uma miríade de formas de vida foi levada a extinção.
Temperatura do oceano circum-polar ao longo do tempo. Atenção para o pico durante o MTPE ou PETM (sigla em inglês).

Uma espécie de Foraminifera que sofreu baixas durante o MTPE

Registro de isótopos de oxigênio e carbono de foraminíferos bentônicos de sítios no Atlântico Sul e Oeste do Pacífico para o MTPE – Zachos et al. (2010) modificado por Archer(2007).
O surto de carbono também afetou a vida na terra. Análises de isotopia em paleosolos e esmalte dentário de mamíferos indicam uma assinatura isotópica peculiar. O MTPE pode, então, ser rastreado em rochas e fósseis do mundo todo, tanto marinhas, quanto continentais.

Em 1990 uma dupla de cientistas norte-americanos identificou o registro progressivo de liberação de gases estufa do MTPE em um núcleo de sedimento extraído do fundo do mar perto da Antártida. Nos anos seguintes a essa descoberta, detalhes como ‘a quantidade exata de gás liberado’, ‘qual gás predominava na atmosfera em determinado período’ e ‘quanto tempo a liberação durou’ começaram a ser buscados. Os sedimentos oceânicos passaram a ser analisados camada por camada. Pelo fato de serem depositados lentamente, eles retêm minerais e fósseis que guardam a assinatura química exata da composição dos oceanos e da atmosfera circundante ao longo do tempo geológico. Isótopos de oxigênio em restos de esqueletos revelam a temperatura da água, por exemplo. Porém, muitos dos núcleos de sedimento marinho estavam temporalmente incompletos – algumas partes foram degradadas ao longo do tempo. O sedimento marinho geralmente é rico em carbonato de cálcio, porém durante o MTPE, a acidificação dos oceanos dissolveu a maioria do carbonato nos sedimentos exatamente nas camadas em que as condições mais evidentes dessa era deveriam estar representadas.

Testemunho oceânico demonstrando o limite Paleoceno-Eoceno e os sedimentos depositados durante o MTPE ou PETM (sigla em inglês).
Os cientistas não se deram por vencido. Um grupo multidisciplinar se uniu para estudar sedimentos argilosos de uma bacia marinha soerguida em uma região do ártico europeu. Depois de anos de trabalho, obtiveram resultados muito especiais. Com auxílio de modelagens computacionais somadas aos dados obtidos dos testemunhos, revelaram que a liberação de gases estufa do MTPE deve ter durado por volta de 20 mil anos, um período muito mais lento do que se imaginava. Comparando-se com a taxa atual de aumento desses gases na atmosfera, as concentrações vêm aumentando cerca de dez vezes mais rápido que durante o MTPE. As implicações dessa descoberta são dramáticas para a vida no planeta. A mudança climática provoca maior ou menor impacto nas formas de vida e ecossistemas dependendo da sua velocidade. A vida responde de maneira menos dramática a mudanças lentas, pois tem mais tempo para se adaptar.

Durante o Cretáceo, por exemplo, houve um efeito estufa semelhante ao MTPE, porém muito mais lento. O episódio durou milhões de anos e não ocorreram extinções tão notáveis. Já o MTPE é um exemplo de uma mudança moderada. Muitos organismos se extinguiram e outros ‘encolheram’ de tamanho, em especial os mamíferos. Os mamíferos do limite Paleoceno-Eoceno são menores que seus antecessores e descendentes. O mesmo é observado em insetos e vermes. Acredita-se que seja devido ao fato de que corpos menores dissipam o calor melhor do que os maiores. Outros animais sobreviveram porque migraram para os pólos. Todavia, alguns grupos foram muito favorecidos. Ungulados, tartarugas e algumas espécies de microorganismos aquáticos, por exemplo, expandiram seus territórios. Para os mamíferos, essa expansão abriu novas oportunidades de evolução e preenchimento de nicho:  A diversificação do período inclui a origem dos primatas.

Reconstituição da fauna e flora do Eoceno da Alemanha

Dispersão primata durante o Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno. O aproveitamento dos corredores florestais.

Reconstituição do cenário do Paleoceno Final colombiano. Enquanto muitos mamíferos encolheram, alguns répteis “aproveitaram as temperaturas mais altas” e foram selecionados para o aumento de tamanho (i.e. Titanoboa, a maior cobra constritora que já teria existido).

Quando se realiza a comparação com a mudança climática em curso, o resultado é assustador.  Estamos bombeando pentagramas de carbono na atmosfera todos os anos. A velocidade de acúmulo de gases estufa é exorbitante.

Liberação de gases estufa na atualidade

As projeções indicam que o crescimento populacional e econômico dos países em desenvolvimento levará a liberação de 25 pentagramas anuais de carbono para a atmosfera antes que as reservas de combustíveis fósseis comecem a ficar escassas. O que fazer?
A extração de combustíveis fósseis

O estudo do MTPE é um modelo. Quanto tempo os habitantes da Terra precisarão para se adaptar? Será possível se adaptar? É difícil prever o futuro, mas já temos algumas respostas. Há evidências de acidificação nas águas marinhas e a taxa de extinção de espécies está aumentando. O início do deslocamento das zonas climáticas já colocou plantas e animais em risco, com vetores de doenças e espécies invasoras conquistando novos territórios. Cidades, estradas, ferrovias e plantações isolam plantas e animais, bloqueando caminhos migratórios. Animais de grande porte estão condenados pela perda de habitat e sua perspectiva de sobrevivência diminui. Geleiras estão derretendo e elevando o nível do mar. Recifes estão sob estresse e sujeitos ao desaparecimento. Os padrões de precipitação estão alterados e a ocorrência de secas e inundações é muito mais comum. As linhas costeiras se alteram e as migrações humanas já começaram.

No fim, o sistema acabará por reabsorver o dióxido de carbono para rochas. Isso pode levar centenas de milhares de anos, mas é certo. Sob esta perspectiva, o planeta não está em risco. Nós e o mundo como conhecemos estamos. Se continuarmos no caminho atual, sem dúvida vamos acabar experimentando algo que já aconteceu antes, no Eoceno. Já sabemos como vai ser. Será numa escala maior. O MTPE fornece um contexto para nossas escolhas. Seja qual for o destino da humanidade, o padrão da vida na Terra será radicalmente diferente do que poderia ter sido. Tudo depende de que atitudes vamos tomar. Qual é a sua?

Francesca A. McInerney & Scott L. Wing, 2011. The Paleocene-Eocene thermal maximum: a perturbation of the carbon cycle, climate, and biosphere with implications for the future. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 39: 489-516.

Ying Cui et al., in press. Slow release of fossil carbon during the Paleocene-Eocene thermal maximum. Nature Geoscience.

Lee R. Kump, 2011. O Último grande aquecimento global. Scientific American Brasil, agosto.

Robert Kunzig, 2011. Ponto de Ebulição. National Geographic Brasil, edição especial, outubro.

Archer, D., 2007. Methane hydrate stability and anthropogenic climate change. biogeosciences, 4, 521-544.