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Geólogos produzem nova linha do tempo das mudanças climáticas paleozóicas da Terra
Em um estudo publicado hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences , os pesquisadores registram quedas e picos na temperatura global durante o início do Paleozóico.
Por Instituto de Tecnologia de Massachusetts - 01/02/2021


Um dedo aponta para um pequeno fóssil de trilobita dos estratos Ordovicianos em Svalbard, Noruega. Crédito: Adam Jost

A temperatura de um planeta está ligada à diversidade de vida que ele pode suportar. Os geólogos do MIT agora reconstruíram uma linha do tempo da temperatura da Terra durante o início da era Paleozóica, entre 510 e 440 milhões de anos atrás - um período crucial quando os animais se tornaram abundantes em um mundo anteriormente dominado por micróbios.

Em um estudo publicado hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences , os pesquisadores registram quedas e picos na temperatura global durante o início do Paleozóico. Eles relatam que essas variações de temperatura coincidem com as mudanças na diversidade da vida no planeta: climas mais quentes favorecem a vida microbiana, enquanto temperaturas mais frias permitem que animais mais diversos floresçam.

O novo registro, mais detalhado do que os cronogramas anteriores deste período, é baseado na análise da equipe de lamas carbonáticas - um tipo comum de calcário que se forma a partir de sedimentos ricos em carbonatos depositados no fundo do mar e compactados ao longo de centenas de milhões de anos.

"Agora que mostramos que você pode usar essas lamas carbonáticas como registros climáticos, isso abre a porta para olhar para trás, para toda essa outra parte da história da Terra onde não há fósseis, quando as pessoas realmente não sabem muito sobre como era o clima ", diz o autor principal Sam Goldberg, um estudante de pós-graduação no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT.

Os coautores de Goldberg são Kristin Bergmann, D. Reid Weedon, Jr. Professor de Desenvolvimento de Carreira na EAPS, junto com Theodore Present da Caltech e Seth Finnegan da University of California em Berkeley.

Além dos fósseis

Para estimar a temperatura da Terra há muitos milhões de anos, os cientistas analisam fósseis, em particular, restos de antigos organismos com conchas que precipitaram da água do mar e cresceram ou afundaram no fundo do mar. Quando ocorre a precipitação, a temperatura da água circundante pode alterar a composição das conchas, alterando a abundância relativa de dois isótopos de oxigênio: oxigênio-16 e oxigênio-18.

“Por exemplo, se o carbonato precipita a 4 graus Celsius, mais oxigênio-18 acaba no mineral, da mesma composição inicial da água, [em comparação com] o carbonato precipitando a 30 graus Celsius”, explica Bergmann. "Portanto, a proporção de oxigênio-18 para -16 aumenta conforme a temperatura esfria."

Desta forma, os cientistas usaram antigas conchas de carbonato para rastrear a temperatura da água do mar circundante - um indicador do clima geral da Terra - no momento em que as conchas precipitaram pela primeira vez. Mas essa abordagem levou os cientistas apenas até certo ponto, até os fósseis mais antigos.
 
“Há cerca de 4 bilhões de anos na história da Terra onde não havia conchas, então as conchas nos fornecem apenas o último capítulo”, diz Goldberg.

Nesta foto, tirada no oeste de Newfoundland, Canadá, você pode ver o acúmulo de
micróbios nos primeiros estratos do Ordoviciano. Crédito: Kristin Bergmann

Um sinal de isótopo aglomerado

A mesma reação de precipitação em conchas também ocorre na lama carbonática. Mas os geólogos presumiram que o equilíbrio do isótopo nas lamas carbonáticas seria mais vulnerável às mudanças químicas .

"As pessoas muitas vezes negligenciam a lama. Elas pensaram que se você tentar usá-la como um indicador de temperatura, pode estar olhando não para a temperatura original do oceano em que ela se formou, mas a temperatura de um processo que ocorreu mais tarde, quando a lama foi enterrado uma milha abaixo da superfície ", diz Goldberg.

Para ver se as lamas carbonáticas podem preservar assinaturas de sua temperatura ambiente original, a equipe usou "geoquímica de isótopos aglomerados", uma técnica usada no laboratório de Bergmann, que analisa sedimentos para aglutinar, ou emparelhar, dois isótopos pesados: oxigênio-18 e carbono- 13 A probabilidade desses isótopos formarem pares em lamas carbonáticas depende da temperatura, mas não é afetada pela química do oceano em que as lamas se formam.

A combinação desta análise com as medições tradicionais de isótopos de oxigênio fornece restrições adicionais nas condições vividas por uma amostra entre sua formação original e o presente. A equipe concluiu que esta análise pode ser uma boa indicação de se as lamas carbonáticas permaneceram inalteradas em sua composição desde sua formação. Por extensão, isso pode significar que a proporção de oxigênio-18 para -16 em algumas lamas representa com precisão a temperatura original na qual as rochas se formaram, permitindo seu uso como um registro climático.

Altos e baixos

Os pesquisadores testaram sua ideia em amostras de lamas carbonáticas que extraíram de dois locais, um em Svalbard, um arquipélago no Oceano Ártico, e outro no oeste de Newfoundland. Ambos os locais são conhecidos por suas rochas expostas que datam do início da era Paleozóica.

Em 2016 e 2017, as equipes viajaram primeiro para Svalbard, depois Terra Nova, para coletar amostras de lamas carbonáticas de camadas de sedimentos depositados abrangendo um período de 70 milhões de anos, desde o Cambriano médio, quando os animais começaram a florescer na Terra, através do Ordoviciano períodos da era paleozóica.

Quando eles analisaram as amostras para isótopos aglomerados, eles descobriram que muitas das rochas haviam experimentado pouca mudança química desde sua formação. Eles usaram esse resultado para compilar as taxas de isótopos de oxigênio das rochas de 10 diferentes locais do Paleozóico para calcular as temperaturas nas quais as rochas se formaram. As temperaturas calculadas da maioria desses locais foram semelhantes aos registros de temperatura fóssil de baixa resolução publicados anteriormente. No final, eles mapearam uma linha do tempo da temperatura durante o início do Paleozóico e compararam com o registro fóssil daquele período, para mostrar que a temperatura teve um grande efeito na diversidade da vida no planeta.

"Descobrimos que quando estava mais quente no final do Cambriano e no início do Ordoviciano, também havia um pico na abundância microbiana", diz Goldberg. "A partir daí esfriou indo do Ordoviciano médio ao final, quando vemos fósseis de animais abundantes, antes que uma idade do gelo substancial termine o Ordoviciano. Anteriormente, as pessoas só podiam observar tendências gerais usando fósseis. Como usamos um material muito abundante, nós poderia criar um registro de alta resolução e ver os altos e baixos definidos com mais clareza. "

A equipe agora está procurando analisar lamas mais antigas, que datam de antes do aparecimento dos animais, para medir as mudanças de temperatura da Terra antes de 540 milhões de anos atrás.

“Para ir além de 540 milhões de anos atrás, temos que lutar com lamas carbonáticas , porque elas são realmente um dos poucos registros que temos para restringir o clima no passado distante”, diz Bergmann.

 

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