sexta-feira, 15 de novembro de 2013
Idade da Terra - Métodos de Datação
O uso dos fósseis como ferramentas para Datação Relativa
A partir dos princípios postulados por Steno e Hutton, outros cientistas começaram a tentar entender como os fósseis contidos nas rochas sedimentares poderiam ser usados para auxiliar na estratigrafia.
Dois novos princípios, utilizando fósseis como ferramentas, se somaram aos princípios da estratigrafia. Esses princípios foram concebidos por Georges Cuvier, um paleontólogo/anatomista de vertebrados francês, e Willian Smith, um agrimensor inglês.
Cuvier, considerado o "Pai da Anatomia Comparada", enquanto prospectava fósseis de vertebrados nos arredores de Paris, começou a perceber que cada camada de rochas abrigava um conjunto de fósseis diferente das outras camadas. Verificou, também, que os fósseis das camadas mais inferiores apresentavam características mais primitivas do que os fósseis das camadas mais superiores, os quais se assemelhavam mais aos animais atuais. Segundo Cuvier, essa "Sucessão Faunística" era produto de extinções catastróficas que aconteceram de tempos em tempos na história da Terra. Assim, depois de cada evento de extinção, que dizimava a fauna inteira de uma determinada área, novos organismos provenientes de outros lugares ocupavam os ambientes vagos. Essa teoria de Cuvier é chamada de Catastrofismo.
Princípio da Sucessão Faunística ou Sucessão Fóssil
Willian Smith, enquanto realizava seus trabalhos de agrimensor em canais e minas nas propriedades rurais da Inglaterra, percebeu que as mesmas sucessões de rochas sedimentares afloravam em distintas regiões e que cada camada de rocha continha determinados fósseis que não eram encontrados nas outras camadas. Assim, ele postulou que as camadas de rochas encontradas em áreas geograficamente distantes podiam ser correlacionadas pelo seu conteúdo fossilífero.
Princípio da Correlação Fóssil
As correlações temporais (correlações estratigráficas) entre camadas de rocha situadas a longa distância são realizadas com a utilização de fósseis (gêneros, espécies) que reúnem uma série de características especiais. Estes são chamados de fósseis-guia oufósseis-índice. Além da grande distribuição geográfica (cosmopolitas), esses fósseis devem apresentar curta amplitude vertical (ter surgido e se extinguido rapidamente), devem ser facilmente identificáveis e devem ser abundantes. Os melhores fósseis-guia são organismos marinhos, de preferência, de hábito plantônico.
Assim, com o auxílio dos fósseis, estavam criadas as bases para um correto empilhamento das camadas de rochas e sua correlação temporal. Esse método é conhecido como Datação Relativa.
Datação absoluta
Os princípios de datação relativa, através do uso dos fósseis, permitiram, ainda no século XIX, o estabelecimento da coluna do tempo geológico. Esta foi primeiramente baseada em afloramentos de rochas sedimentares da Europa, sendo posteriormente estendida para outros continentes. Como já mencionado, os métodos de datação relativa possibilitam um correto empilhamento das rochas no tempo e a correlação de distintos pacotes de rochas, mas não fornecem dados para se saber a idade absoluta (em números) das rochas.
Foi só no início do século XX que uma nova metologia emergiu. Com a descoberta da radiatividade e de que alguns elementos químicos presentes nas rocha emitiam radiação a taxas constantes, foi desenvolvido o método de Datação Absoluta das Rochas. Para entendermos essa metodologia, vamos ter que compreender alguns conceitos sobre isótopos radiativos.
Isótopos radiativos e meia-vida
Na natureza, exsitem alguns elementos que apresentam isótopos, ou seja, elementos que apresentam o mesmo número atômico(Z), mas diferentes numeros de massa (A).
Um exemplo é o oxigênio, que possui três isótopos:
oxigênio 16 - 8 prótons e 8 neutrons (A = 16)
oxigênio 17 - 8 prótons e 9 neutrons (A = 17)
oxigênio 18 - 8 prótons e 10 neutrons (A = 18)
No caso do oxigênio, esses isótopos que existem na natureza são estáveis. Há porém, outos elementos que são instáveis na natureza e, devido a isso, têm a tendência a se transformarem em outro elemento mais estável. Esses são os chamados isótopos radiativos. Nessa transformação, denominada decaimento radiativo, radiação é emitida e calor é liberado. O decaimento radiativo, é um processo lento que ocorre a uma taxa constante chamada meia-vida.
Um dos mais conhecidos é o Carbono 14 (C14). O C14 é um dos isótopos do Carbono. O outro é o Carbono 12 (C12), muito mais abundante. O C12 apresenta 6 prótons e 6 neutros, enquanto o C14 apresenta 6 prótons e 8 neutrons. Como o C14 é instável, ele tem a tendência a se transformar em Nitrogênio 14 (N14). A cada meia-vida, metade dos átomos originais de C14 presentes em uma amostra vão se transformar em átomos de N14. A meia vida do C14 é de 5.730 anos. Isso significa que a cada 5.730 anos metade dos átomos do isótopo original (isótopo-pai) se transformará em átomos do isótopo-filho.
Como o C14 pode ser usado na datação de materiais orgânicos antigos, como, por exemplo, os ossos? A explicação é que os vegetais, ao realizarem a fotossíntese, absorvem CO2. Este CO2 é composto tanto de átomos de C12 (99%) quanto de C14. Os animais, que são consumidores na cadeia alimentar, incorporam em seus tecidos parte do carbono presente nos vegetais, na forma de glicose (C6H12O6), produzida através da fotossíntese. Ossos são tecidos vivos que acumulam carbono, seja na forma de C12 quanto de C14 e, portanto, a proporção de N14 em relação ao C14 em um osso antigo, nos fornecerá o número de meias-vidas transcorridas e, por conseqência, a idade daquele osso.
A datação por C14/N14 é utilizada em materiais não muito antigos, por exemplo em múmias egípcias com alguns poucos milhares de anos. Materias mais velhos que 70.000 anos não são passíveis de datação por C14. Por quê? Para responder a esssa questão, vamos lançar mão de uma analogia.
Imagine uma festa de aniversário em que é servida uma torta deliciosa. Todos os convidados recebem a sua fatia e resta uma última fatia no prato da torta. Cada convidado, depois de saborear a sua fatia, fica de olho na fatia que restou, mas ninguém tem coragem de pegar a fatia inteira, pois não "pega bem". Assim, um dos convidados se enche de coragem e corta metade da fatia, deixando a outra parte no prato. Um segundo convidado, vai lá e corta metade da metade da última fatia. Um terceiro convidado corta, então, a metade da metade da metade e assim por diante. Vai chegar um momento em que não há mais sequer um farelo da torta original no prato, como mostrado na figura abaixo. Cada fatia 1, 2, 3, 4, 5 e 6 corresponde à metade da espessura da fatia anterior.
Voltando aos isótopos, é exatamente isso que ocorre durante o decaimento radiativo. A cada meia-vida, metade dos átomos orignais (isótopos-pais) decai, transformando-se em isótopos-filhos. A tabela abaixo resume o que aconteceria com uma amostra contendo 1000 átomos de C14.
E assim por diante...
Se representarmos o decaimento radiativo na forma de um gráfico, vamos observar que a redução dos isótopos-pais é diretamente proporcional ao aumento dos isótopos-filhos ao longo do tempo transcorrido (meias-vidas).
Voltando à analogia da torta, fica mais claro agora, entender porque o C14 não se presta para datação de amostras mais antigas que 70.000 anos. Segundo a tabela acima, em 7 meias-vidas somente 7,875 (0,007875%) dos 1000 isótopos-pais permanecem na amostra.
Bom, se o C14, com sua meia-vida de 5.730 anos, não possibilita datação de materiais muito antigos, existem isótopos que permitem isso? A resposta é sim ... e não.
Há de fato isótopos radiativos com meias-vidas muito superiores à do C14 (ver tabela abaixo).
O que acontece é que esses elementos não estão presentes na composição química dos tecidos dos seres vivos e, portanto, não vão estar presentes em um resto orgânico fossilizado. Assim, esta metodologia não serve para datar fósseis. Mas vai ser aplicada na datação de rochas.
Datação absoluta de rochas
A datação absoluta das rochas baseia-se na premissa de que uma rocha é um "sistema fechado", cuja composição química não sofre alterações por influência de fatores externos. Sendo assim, qualquer alteração química que ocorrer na rocha, vai ser devida a decaimento radiativo de isótopos instáveis presentes nessa rocha desde o momento de sua cristalização. Isso é válido somente pararochas ígneas, a partir de sua cristalização e para rochas metamórficas depois de sua recristalização. As rochas sedimentares, formadas por partículas dos outros tipos de rocha (ígneas e metamórficas) ou, ainda por partículas de outras rochas sedimentares e restos esqueletais de organismos, não podem ser datadas pelos tradicionais métodos baseados em isótopos radiativos. Isso se deve ao fato de que é impossível saber quado determinado isótopo foi incorporado à rocha sedimentar.
A datação absoluta das rochas é feita por um equipamento denominado Espectrômetro de Massa.
Integração dos Métodos na Construção da Coluna do Tempo Geológico
Se a coluna do tempo geológico é baseada em pacotes de rochas sedimentares, que não são passíveis de datação por métodos de isótopos radiativos, então, como a datação absoluta auxiliou no refinamento das idades dos ons, Eras, Períodos, etc.? Bem, em muitos locais onde afloram rochas sedimentares, ocorrem, também, rochas ígneas, como por exemplo cinzas vulcânicas, intrusões de granito, derrames de basalto, etc., que podem ser datadas em termos asolutos.
Assim, mesmo não sendo possível quantificar em números a idade de todas as rochas aflorantes na superfície terrestre, pode-se de tempos em tempos obter a idade absoluta de rochas ígneas, que vão limitar temporalmente as rochas sedimentares dentro de determinado intervalo.
Na figura acima, a intrusão de granito foi datada em 180 milhões de anos (Ma) e a camada de lava, datada em 100 milhões de anos. Assim, podemos saber que a camada de arenitos é mais jovem que 180 Ma e mais antiga que 100 Ma. Também sabemos que a camada de calcário na base da sequência é mais antiiga que 180 Ma e que a camada de calcário acima da lava é mais jovem que 100 Ma.
Esse exemplo nos permite entender como o "casamento" entre os métodos de datação relativa e os métodos de datação absoluta, permitiu o atual nível de refinamento da coluna de tempo geológico.
Tempo Geológico
Posso ouvir o vento passar
Assistir a onda bater
Mas o estrago que faz
A vida é curta pra ver ...
Essa letra de música da banda carioca Los Hermanos, composta pelo Rodrigo Amarante, ilustra bem a maneira como nós, seres humanos, percebemos o tempo.
Nossos referenciais de tempo são limitados. Concebemos o tempo em termos de eventos bem recentes. Somos capazes de imaginar o tempo transcorrido durante a história da humanidade, não mais que alguns séculos, e isso já nos parece muito tempo! Mas a idéia de um período de tempo que envolve milhões ou bilhões de anos se torna bastante abstrata para o nosso entendimento. Nossa espécie está nesse planeta há muito pouco tempo, não mais que 200 mil anos. E o que isso significa quando comparado aos 4,6 bilhões de anos de história da Terra?
De fato, a magnitude desse tempo profundo é muito difícil de ser compreendida por nós. Um meio de se tentar entender essa vastidão de tempo é imaginarmos um livro contendo 460.000 páginas, em que cada página contivesse 10.000 anos da história da Terra. Assim a página 1 relataria a formação da Terra, os primeiros organismos unicelulares surgiriam somente na página 70.000, as primeiras plantas terrestres estariam registradas a partir da página 418.000, os dinossauros apareceriam pela primeira vez na página 440.000 e o ser humano surgiria somente na página 459.600.
Esse livro é um exemplo de metáfora ou analogia que nos ajuda a começar a entender que a história da Terra envolve uma vastidão de tempo muito maior do que aquela que conhecemos e que podemos conceber. Chamamos de "Tempo Geológico" esse tempo profundo que foge aos nossos padrões de referência. Tal escala de tempo pode ser medida através de relógios naturais, bem menos óbvios para a nossa experiência, que refletem o ritmo da Terra. Esses relógios naturais são, entre outros, os movimentos dos continentes, o soerguimento de montanhas, o aumento e a diminuição dos níveis dos oceanos, e também, o surgimento e a extinção das espécies. Assim, cada rocha e cada fóssil existentes na crosta terrestre constituem-se em arquivos naturais que guardam os segredos de muitos eventos do passado e são ferramentas que podem nos ajudar a reconstituir a história do planeta.
Quando falamos em fósseis, logo nos lembramos dos já mencionados dinossauros. Na verdade, esses fascinantes animais são a porta de entrada para muitas crianças tomarem um primeiro contato com a ciência, já que todos nós temos uma curiosidade natural sobre nossa origem e sobre o passado da Terra. Mas a diversidade da vida no passado vai muito além dos dinossauros. Muito antes dessas criaturas reinarem no planeta, inúmeras formas de vida surgiram e se diversificaram, formando uma grande árvore da vida. A maioria delas já se extinguiu, mas algumas deixaram descendentes que ainda hoje habitam a Terra, como nós.
A coluna do tempo geológico
A coluna do tempo geológico, como vemos abaixo, é dividida em ons, Eras, Períodos e pocas. Essa divisão não é arbitrária, ela reflete grandes acontecimentos que ocorreram nas histórias geológica e biológica da Terra. Assim, os ons Arqueano e Proterozóico correspondem a grupos de rochas ígneas e metamórficas que formam grande volume da crosta continental, com um registro fóssil escasso, composto somente de seres microscópicos. No final do Proterozóico é que começaram a aparecer os primeiros seres multicelulares. Já o on Fanerozóico significa "vida visível", refletindo a fase em que a vida se tornou abundante no planeta.
Cada uma das três Eras do on Fanerózóico - Paleozóica, Mesozóica e Cenozóica - ilustra um momento especial da história da Terra e o limite entre as Eras é pautado por eventos de extinção em massa. Dentro da Era Paleozóica ("vida antiga") estão vários períodos. O nome Cambriano vem de Cambria, que é o nome latino para Gales, onde suas rochas foram primeiramente estudadas.Ordoviciano vem de Ordovices, que é o nome de uma antiga tribo celta. Siluriano homenageia a tribo dos Silures, que habitava uma região de Gales. Devoniano é uma homenagem a Devonshire, na Inglaterra onde estão expostas rochas dessa idade. O nomeCarbonífero refere-se aos depósitos de carvões que se encontram acima das rochas devonianas. O nome Permiano foi dado porque as rochas desta idade situavam-se próximas à província de Perm, na Rússia. A Era Paleozóica termina com o maior evento de extinção em massa de todos os tempos.
A Era Mesozóica ("vida do meio"), inclui os períodos Triássico,Jurássico e Cretáceo. O nome Triássico tem a ver com a divisão em três camadas das rochas dessa idade na Alemanha, que se sobrepunham às rochas paleozóicas. Jurássico faz referência às montanhas Jura, na Suíça, já Cretáceo vem do termo latim Creta que significa giz, relativo às rochas da França e Inglaterra.
A Era Cenozóica significa "vida recente". Ela inicia depois da grande extinção que marcou o final do período Cretáceo. dividida em dois períodos: Paleógeno e Neógeno, cada um deles contendo épocas.
Modificado de Gradstein & Ogg, 1996
Ao nos depararmos com a coluna do tempo geológico, com suas divisões já bem estabelecidas, não nos damos conta de todo o conhecimento geológico e biológico que foi se acumulando ao longo dos séculos e que possibilitou a sua construção. Como a idade das rochas pôde ser estimada? Como os fósseis auxiliaram na tarefa de datação das rochas? Como se chegou à idéia de uma Terra muito antiga, com bilhões de anos? Como se chegou às idades que limitam cada período? Essas são algumas das questões que serão elucidadas nos próximos itens.
Leituras Complementares
FAIRCHILD, T.; TEIXEIRA, W.; TAIOLI, F. 2000. Decifrando a Terra. Editora Oficina de Textos, São Paulo. 558 p.
DOTT, R.H. & PROTHERO, D.R. 1994. Evolution of the Earth. McGraw-Hill. 569 p.
NIELD, E.W. & TUCKER, V.T. Paleontology - an introduction. Pergamon Press.
O Processo De Fossilização
O Processo De Fossilização
Muitas vezes nos perguntamos como um organismo vivo pode se tornar um fóssil. O processo parece ser simples, mas é um pouco complexo.
Quando um organismo morre, inicialmente ele é decomposto pelas bactérias e fungos que degradam a matéria orgânica. Depois disto, o organismo pode ser imediatamente soterrado ou passar por uma série de processos – desarticulação, transporte – e só depois ser soterrado. Esse soterramento irá acontecer quando a água, ou outro agente, transportar o sedimento que irá recobrir o organismo. Depois de soterrado, o organismo irá passar por um processo chamado de diagênese, que consiste na compactação (pelo peso do sedimento) e na cimentação (o sedimento depositado sobre o organismo ou por dentro dele, através de processos químicos, se aglomera e passa a formar uma rocha sedimentar). Nestas condições, esse organismo agora pode ser considerado um fóssil. O movimento das placas tectônicas permite que uma rocha, que antes foi um fundo de mar, por exemplo, seja erguida acima da superfície e fique exposta. Nesta rocha exposta é que o paleontólogo vai procurar pelos fósseis. Para obter mais informações, consulte o capítulo Tafonomia de Vertebrados.
Esquema representando o processo de fossilização.
O processo de fossilização dura milhares de anos, e não ocorre de uma hora para outra. Portanto, ainda não podemos fabricar um “fóssil em laboratório”! Entretanto, a forma como ocorre esse processo pode variar. Algumas dessas possibilidades serão discutidas a seguir.
Tipos de Fósseis
Rochas Ígneas
Rochas Ígneas
As chamadas rochas ígneas ou magmáticas (rochas fundidas) formam-se pelo resfriamento do magma, fundido nas profundezas da Terra. Por vezes, o magma é expelido por vulcões ou fissuras na superfície terrestre onde pode se resfriar. Porém, comumente, o resfriamento e a solidificação do material magmático ocorrem no interior da crosta. Em decorrência das altas temperaturas (acima de 1100C) e o local de formação (interior da Terra) essas rochas não contêm fósseis. De fato, temperatura e pressão constituem problema para a preservação dos restos orgânicos, na forma de fósseis. As rochas ígneas são classificadas em extrusivas e intrusivas. As rochas ígneas intrusivas formam-se quando o magma, trazido de grandes profundidades, atinge a superfície terrestre através de fissuras na crosta, esfria e torna-se rocha. O basalto é um exemplo de rocha ígnea extrusiva. Já as rochas ígneas intrusivas são aquelas que se solidificam abaixo da superfície terrestre. As rochas intrusivas podem, eventualmente, serem expostas na superfície terrestre devido a movimentos tectônicos. Um exemplo derocha ígnea intrusiva é o granito.
Figura 1: Rocha ígnea. Foto: Anne, E.
Rochas metamórficas
Rochas Metamórficas
Altas temperaturas e pressão podem modificar as rochas pré-existentes, tornando-as metamórficas (rochas modificadas). O metamorfismo produz novas rochas cuja composição mineral e a textura diferem daquela da rocha original. As rochas metamórficas são caracterizadas pelo arranjo de seus minerais em camadas paralelas. Dependendo das alterações produzidas pelo aumento de temperatura e pressão, os fósseis em uma rocha já existente que será metamorfisada (modificada) poderão ser destruídos ou deformados. Um exemplo de rocha metamórfica é o mármore, que se origina da alteração do calcário.
Figura 2: Rocha metamórfica. Foto: Hollocher, K.
Rochas metamórficas
 Ardósia é usada como piso. |
Você já viu pias, pisos ou esculturas de mármore? O mármore é uma rocha formada a partir de outra rocha, o calcário. É um exemplo de rocha metamórfica.
As rochas metamórficas são assim chamadas porque se originam da transformação de rochas magmáticas ou sedimentares por processos que alteram a organização dos átomos de seus minerais. Surge, então, uma nova rocha, com outras propriedades e, às vezes, com outros minerais.
Muitas rochas metamórficas se formam quando rochas de outro tipo são submetidas a intensas pressões ou elevadas temperaturas. Quando, por exemplo, por mudanças ocorridas na crosta, uma rocha magmática é empurrada para regiões mais profundas e de maior pressão e temperatura, alterando a organização dos minerais.
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Outra rocha metamórfica é a ardósia, originada da argila e usada em pisos.
Pias e pisos também podem ser feitos de gnaisse, uma rocha metamórfica originada geralmente do granito. O Corcovado e o Pão de Açúcar, no Rio de Janeiro, e a maioria das rochas da serra do Mar também são de gnaisses.
Vista da praia do morro do Pão de Açucar (RJ), formado de gnaisse.
Gemas ou pedras preciosas
As gemas são rochas muito duras. São riquezas existentes no subsolo, comumente conhecidas como pedras preciosas. As jazidas de esmeralda, rubi, diamante e outras são raras por isso essas pedras têm grande valor comercial.
No subsolo, também são encontradas jazidas de metais, por exemplo, ouro, ferro, manganês,alumínio, zinco, cobre, chumbo.
Há ainda as jazidas de material de origem orgânica, conhecidas como combustíveis fósseis - formadas a partir da transformação de restos de plantas e animais. O carvão-de-pedra (hulha) e o petróleo são exemplos desses combustíveis, recursos energéticos, ou seja, substâncias utilizadas na produção de energia.
Na foto podemos observar algumas gemas ou pedras preciosas.
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