Em breve:
Extremos climáticos da Terra

30 de outubro de 2024

Paleoclimatologia - Parte 2.2. Dados proxies climáticos geológicos

Por Marco Gonzalez

Esta glendonita estrelada, do Neógeno superior, foi encontrada na Península de Kola, na Rússia.
A presença de glendonita em uma sucessão de rochas constitui dado proxy climático que evidencia a presença de geleira no passado geológico.
(Crédito: James St. John).

Dados proxies climáticos geológicos derivam de características e propriedades geológicas dependentes do clima, possibilitando que este seja inferido. São encontrados na mineralogia, na litologia, na estratigrafia e na geomorfologia.

Este artigo faz parte da série Paleoclimatologia e contém uma visão geral dos dados proxies climáticos geológicos.

Glendonita: pseudomorfo de calcita após transformação de massa cristalina de ikaíta.
Ikaíta: mineral formado em ambiente marinho requerendo temperaturas próximas ao ponto de congelamento (não maiores que 4°C). Em temperaturas >7ºC, este 
carbonato de cálcio hidratado (CaCO₃·6H₂O) é instável, perde água (mantendo sua estrutura cristalina) e se converte em massas de calcita formando glendonita.
Pseudomorfomineral formado por alteração química ou estrutural de outra substância, embora mantendo a forma externa original.
Calcita: mineral extremamente comum, sendo, como carbonato de cálcio (CaCO3), principal constituinte de calcários e mármores.

2.2.1. Mineralogia

Minerais podem dar indícios sobre o ambiente e o clima que existiam no momento em que estavam sendo formados.

Indicações paleoambientais e/ou paleoclimáticas de alguns minerais
GruposMineraisIndicações Paleoambientais
e/ou Paleoclimáticas
Óxidos
e
hidroxi-
óxidos
Hematita
(óxido de ferro
)
Goethita
(hidróxido de ferro)
Lepidocrocita
(hidróxido de ferro)
 elevada concentração de oxigênio atmosférico (condições óxicas)
 intemperismo tropical / semitropical / temperado
Gibbsita
(hidróxido de alumínio
)
Boemita
(hidróxido de alumínio)
 intemperismo químico tropical úmido
Birnessita
(óxido de manganês)
 clima árido
SulfetosPirita
(sulfeto de ferro)
 baixa concentração de oxigênio atmosférico (condições redutoras)
Haloge-
netos
Halita
(cloreto de sódio)
Silvita
(cloreto de potássio)
 balanço hídrico negativo
 clima árido
Hidrohalita
(cloreto 
hidratado
de sódio )
Antarcticita
(cloreto 
hidratado
de cálcio) 
 balanço hídrico negativo
 baixa temperatura
 hipersalinidade
Carbo-
natos
Calcita
(carbonato de cálcio)
 clima quente ("mar de calcita") onde o principal carbonato de cálcio inorgânico que precipita em ambiente marinho é a calcita com baixo teor de magnésio
Aragonita
(carbonato de cálcio)
 clima glacial ("mar de aragonita") onde o principal carbonato de cálcio inorgânico que precipita em ambiente marinho é a aragonita com baixo teor de magnésio
Dolomita
(carbonato de cálcio e magnésio)
 ambiente lacustre árido, salino e quente
 sabkha
Siderita
(carbonato de ferro)
 baixa concentração de oxigênio atmosférico (condições redutoras: subóxicas a anóxicas)
Ikaíta
(carbonato 
hidratado de cálcio)
glendonita
(carbonato de cálcio) 
 baixa temperatura, quase congelante
Sulfatos, fosfatosGesso
(sulfato 
hemidratado
de cálcio)
Anidrita
(sulfato de cálcio anidro)
 balanço hídrico negativo
 clima árido
Mirabilita
(sulfato 
hidratado de sódio)
 balanço hídrico negativo
 clima árido
 hipersalinidade
 baixa temperatura
Barita
(sulfato de bário)
Francolita
(carbonato rico em fosfato e fluor)
 elevada produtividade oceânica
Minerais de sílicaQuartzo
(dióxido de silício)
 clima árido (quando em arenito eólico);
 indicativo de intensidade e direção do vento (em poeira eólica de sedimentos marinhos ou em geleira)
Opala
(sílica hidratada)
 elevada produtividade oceânica
Minerais
de
argila
Caulinita
(silicato 
hidratado de alumínio)
 intemperismo químico tropical / semitropical
Clorita
(silicato 
hidratado de magnésio e alumínio)
 intemperismo físico de alta latitude
Sepiolita
(silicato de magnésio hidratado)
Paligorsquita
(silicato hidratado de magnésio e alumínio)
 clima quente, semiárido a árido
Glauconita
(silicato hidratado de potássio e ferro)
 levemente baixa concentração de oxigênio atmosférico (condições fracamente redutoras: subóxicas)
 baixas taxas de sedimentação
Berthierine
(silicato de ferro e alumínio)
 ambientes redutores
ZeolitasAnalcima
(silicato 
hidratado de sódio e alumínio)
 ambiente de solos desérticos ou lacustre alcalino
 clima árido
Chabazita
(silicato de alumínio
e cálcio)
Phillipsita
(silicato hidratado de potássio, sódio, cálcio e alumíno
)
Clinoptilolita
(silicato de alumínio)
 ambiente lacustre alcalino
 clima árido

Sabkhaambiente de sedimentação litorâneo supramaré, intermediário entre as terras emersas e faixa intra-marés, em clima árido a semiárido. É comum sua associação com ambiente de elevada salinidade.

2.2.1.1. Exemplos de dados proxies climáticos na mineralogia

No contexto mineralógico, a halita e a caulinita são exemplos de potenciais dados proxies climáticos. Enquanto a primeira pode ser um indicativo de clima árido, a segunda permite estimar intemperismo químico em clima tropical.

Evaporito não marinho contendo principalmente depósitos de sal (halita) e carbonatos (dolomita), na Formação Hormuz de clima árido do Ediacariano ao Cambriano inferior, em Zagros, Irã.
(Crédito: Mohammad).

Evaporitorocha sedimentar constituída por camadas de minerais de sal, como halita, depositados diretamente de salmouras em áreas da bacia de sedimentação, notadamente litorâneas, em condições de forte evaporação.
Halita
mineral que cristaliza durante a evaporação da água do mar, exigindo grau relativamente baixo de supersaturação para iniciar sua precipitação.

Antiga mina de caulin nas proximidades de Rudice, em Vilémovice, República Tcheca.
As chamadas Camadas Rúdicas, contendo caulinita, resultaram de intemperismo químico de sedimentos caulínico-lateríticos em clima tropical do Jurássico e do Cretáceo Inferior
(Crédito: Jan Helebrant).

Caulinrocha sedimentar composta principalmente de caulinita.
Caulinitamineral de silicato de alumínio hidratado.

2.2.2. Litologia

2.2.2.1. Litologias, paleoambientes e paleoclimas

É possível associar a formação de algumas litologias a determinadas condições de ambientes e/ou climas com o objetivo de reconstruir a situação paleoclimática daquele momento.

Indicações paleoambientais e/ou paleoclimáticas de alguns tipos de litologias
TiposIndicações Paleoambientais
e/ou Paleoclimática
Arenito Eólico clima árido
 indicativo de direção e intensidade do vento e circulação atmosférica
Bauxita clima tropical úmido
Beachrock variações do nível do mar
Carvão mineral  clima úmido a perúmido (acima de 100% de umidade)
Chert estratificado (marinho) elevada produtividade oceânica
Eolianito
(rica em car-
bonato)
 clima árido
 alta energia eólica e de ondas,
 costas de baixo relevo
 nível do mar elevado em ambiente interglacial
Evaporito clima árido
Formação Ferrífera Bandada evolução atmosférica
 indicativo das condições da química oceânica
Greda elevada produtividade oceânica
 fornecimento de carbonato de cálcio equilibrado com dissolução
Rochas Carbonáticas
(de água fria)
 clima oceânico frio
Tilitoglaciação
Varvito variações sazonais na precipitação ou no fluxo de água, tanto em clima glacial como não glacial

Bauxitarocha residual laterítica muito aluminosa, geralmente concrecionada, do tipo pisolítico, congregando uma mistura de óxidos e hidróxidos de Al e Fe.
Beachrockrocha sedimentar costeira dura que consiste em vários sedimentos de praia litificados pela precipitação de cimentos carbonáticos.
Carvão mineral: rocha sedimentar composta predominantemente de carbono. É facilmente combustível, tendo sido formado a partir de restos de plantas que foram compactados, endurecidos, quimicamente alterados e metamorfizados por calor e pressão ao longo do tempo geológico.
Chertrocha sedimentar química ou biolítica (carapaças de diatomáceas, de radiolários ou espículas de esponjas) ou vulcanoquímica, densa, dura, maciça ou acamadada, semivítrea de cor normalmente cinza, preta ou branca e cujo constituinte principal é a sílica amorfa (calcedônia principalmente) e quartzo microcristalino.
Eolianitorocha formada pela consolidação/litificação de depósito eólico a partir da cimentação de seus grãos, principalmente por carbonato e sulfato de cálcio dissolvido de fragmentos de conchas e outros de níveis mais altos das dunas pela água subterrânea com percolação per descensum atingindo o lençol freático e precipitando como cimento.
Formação Ferrífera Bandada
rocha sedimentar ou metassedimentar química ou vulcanoquímica finamente estratificada, apresentando camadas de óxidos, carbonatos ou silicatos de ferro alternadas ritmicamente com camadas diferenciadas destas (quartzosas, anfibólicas, quartzo cloríticas ou ainda outras). Em inglês: BIF ("Banded Iron Formation").
Gredacalcário muito macio e friável, de granulometria fina, composto primariamente por microfósseis planctônicos.
Marmitacavidade vertical de boca circular, cônica a cilíndrica, decimétrica a métrica e com profundidade variável até decamétrica, escavada por redemoinhos em rocha ao longo do leito de rios e riachos. Sinônimo: caldeirão. Em inglês: pot hole.
Tilito
rocha originada pela litificação de till.
Tilldepósito glacial ou flúvio-glacial não estratificado, mal selecionado, mal classificado, de fragmentos angulosos de rocha fresca, raramente arredondados em marmitas subglaciais, com tamanhos desde matacões até silte/argila originados por erosão glacial.
Varveconjunto de finas camadas sedimentares clásticas alternadas, uma mais fina de silte e/ou argila, depositada no inverno, e outra mais grossa de silte, areia fina a média ou até grossa, depositada no verão, representando assim a sedimentação sazonal de um ano em um depósito sedimentar glacial flúvio-lacustrino.
Varvitorocha sedimentar estruturada em varves.

2.2.2.2. Depósitos, materiais, paleoambientes e paleoclimas

Associações com ambientes e ou climas também são possíveis considerando depósitos e materiais diversos que fazem parte de um contexto litológico.

Indicações paleoambientais e/ou paleoclimáticas de alguns tipos de
depósitos, materiais ou feições geomorfológicas.
TiposIndicações Paleoambientais e/ou Paleoclimática
Caliche clima quente e semiárido (sazonalmente úmido/seco)
Carste aumento de atividade hidrológica
Esker glaciação
Espeleotema condição hídrica
 variabilidade climática
Laterita clima tropical e úmido
 indicador de ambiente geográfico
Loess ambiente periglacial e desértico, com variações glaciais / interglaciais
 indicativo de direção e intensidade do vento e circulação atmosférica
Moraina glaciação
Paleoduna clima árido ou semiárido
Paleossolo estimativas qualitativas de temperatura, precipitação anual, sazonalidade, direção do vento e pCO₂
Planície de Outwash glaciação
Rocha Moutonnée glaciação
Red Bed clima quente com sazonalmente úmido/seco
Sapropel baixa concentração de oxigênio atmosférico (condições anóxicas)
 elevada produtividade oceânica
Till glaciação
Turfa clima úmido a superúmido

Calichematerial carbonático (muitas vezes calcítico ou de nitrato de sódio entre outros sais derivados de intemperismo químico em climas áridos) que se acumula localmente em camadas, permeando e cimentando fragmentos residuais e solos.
Carsteregião ou terreno com feições características de processos de dissolução de rochas, como o calcário, com drenagem subterrânea, cavernas e dolinas.
Dolinadepressão circular em relevo cárstico e que se forma pelo abatimento de solo e rochas do teto de uma caverna com drenagem subterrânea.
Eskercrista de areia e cascalho depositados pela água (derretida de glacial) fluindo por túneis no interior e sob geleira, ou por canais de água derretida no topo de geleira. Com o tempo, o canal ou túnel é preenchido por sedimentos e, conforme o gelo recua, os sedimentos são deixados para trás como uma crista na paisagem.
Lateritasolo fortemente lixiviado por intemperismo químico que se desenvolve em climas tropicais a temperados úmidos, pobre em nutrientes e com alta concentração residual de hidróxidos de Al e Fe.
pCO₂ (pressão parcial do dióxido de carbono): pressão da fase gasosa do CO₂ na atmosfera que estaria em equilíbrio com o CO dissolvido.
Paleodunaduna que, em estágio de desenvolvimento posterior à sua formação e mobilidade, sofre processo de consolidação com cimento carbonático, mantendo as estruturas sedimentares originais. Sinônimos: duna fóssil e duna consolidada
Paleossolosolo antigo preservado por capeamento de material sedimentar ou rochas, sedimentares ou vulcânicas mais jovens.
Planície de Outwashplanície de areia e cascalho formando sistemas aluviais originados de água de degelo na frente de geleira.
Red Bedsequência sedimentar cuja formação está fortemente associada a reações de oxidação-redução. É predominantemente vermelha, mas geralmente inclui proporções variáveis ​​de estratos monótonos interdigitados, tipicamente cinzas, cinza-esverdeados, marrons ou pretos. Compreende ampla gama de ambientes deposicionais não marinhos do Proterozoico Inferior ao Cenozoico.
Rocha Moutonnéesaliência rochosa típica de área glacial, polida e com estrias e caneluras, de dimensão métrica a decamétrica em geral. Tem forma alongada e flanco menos íngreme voltado contra a direção do fluxo da geleira cuja direção e sentido podem ser interpretados pela presença de estrias e caneluras. Lembra um carneiro (mouton) deitado.
Sapropelmaterial inconsolidado, lamacento composto de restos de plantas e/ou algas em maceração e putrefação. Ocorre em ambiente de assoalhos anaeróbicos de lagos e mares rasos.
Turfacamada superficial do solo que consiste em matéria orgânica parcialmente decomposta, derivada principalmente de material vegetal, que se acumulou em condições de alagamento, deficiência de oxigênio, alta acidez e deficiência de nutrientes.

2.2.2.3. Algumas características e propriedades de rochas sedimentares

Cor, textura, granulometria e outras características e propriedades de rochas sedimentares podem distinguir, por exemplo, ambientes de climas tropicais úmidos de outros associados a glaciações. Bauxita e tilito podem conter exemplos destas distinções.

Bauxita com textura pisolítica de Arkansas, EUA, resultante de intenso intemperismo químico sob clima tropical úmido.
Esta amostra tem 11,7 cm de largura na parte mais larga.
(Crédito: James St. John). 

Textura pisolíticatextura que resulta da agregação de pisólitos descoloridos.
Pisólitogrão arredondado ou elipsoide do tamanho de grânulo (>2 e <4 mm), semelhante em estrutura (concêntrica e radial) e em composição a um oólito.
Oólito
grão redondo do tamanho de areia (0,25 a 2 mm), constituído de mais frequentemente de carbonato, mas também de sílica, dolomita, fosfato.

Tilito da Formação Elatina do Neoproterozóico no estado de Enorama Creek, na cadeia de montanhas Flinders Ranges, no sul da Austrália, como indicativo de glaciação.
(Crédito: James St. John).

Entre os efeitos de um ambiente glacial podemos encontrar características, propriedades e conteúdos de camadas sedimentares, como é o caso dos seixos pingados.

Detalhe de seixo pingado no Varvito de Itu, no Parque Geológico do Varvito, SP, Brasil.
As camadas deste varvito do Grupo Itararé foram depositadas durante a Glaciação Karoo que ocorreu do Carbonífero inferior ao Permiano inferior.
(Crédito: Webysther).

Seixo pingadoseixo contido em bloco de gelo vindo de glaciais e que é liberado com o degelo em lagos periglaciais, caindo (pingado) sobre o fundo sedimentar, síltico-argiloso e varvítico, ou, ainda, sobre sedimentos marinhos próximos aos fronts de geleiras continentais quando da estação de degelo. Em inglês: dropstone.
Periglacial
onde há ciclos de congelamento e descongelamento ou congelamento sazonal.

A alternância de leitos claros e escuros pode ser uma das consequências da variabilidade climática na época da formação da estratificação.

Varvito do Pleistoceno na região sul do Mar Morto.
Constitui um conjunto de camadas sedimentares clásticas mais escuras depositadas no inverno com silte e/ou argila, alternadas com camadas depositadas no verão, mais claras com silte, areia fina a média ou até grossa.
Fornece registros da variabilidade climática na região leste do Mediterrâneo.
No afloramento, a camada deformada é da época de abalos sísmicos na região.
(Crédito: Daki).

Características erosivas e estruturas sedimentares podem ser bons indicadores de paleoambientes. 
Estrias em rochas moutonnées podem indicar glaciação enquanto estratificação cruzada pode estar associada a ambiente eólico.

Rocha moutonnée no vale Cadair Idris, Snowdonia, País de Gales, revelando estrias que resultaram da erosão da Glaciação Devensiana (como é conhecido o Último Máximo Glacial na Grã-Bretanha) do Pleistoceno superior.
(Crédito: Jynto).

Camadas com estratificação cruzada do Arenito Navajo do Jurássico no Parque Nacional de Zion, no sudoeste de Utah, EUA.
Este arenito eólico foi depositado em região árida na porção ocidental do supercontinente Pangeia.
Uma pessoa (no círculo amarelo) dá ideia de escala.
As cores mais esbranquiçadas e mais avermelhadas resultam, respectivamente, da carência e abundância de óxido de ferro na rocha.
(Crédito: Rygel, MC).

A cor em uma camada de sedimento pode dar pistas sobre produtividade oceânica ou sobre deposição em condições de pouco ou muito oxigênio.

Os White Cliffs, do Cretáceo superior, em Dover, no sudeste da Inglaterra, são penhascos quase verticais de greda (giz) com mais de 100 m de altura.
São constituídos de placas de carbonato de cálcio com cocolitóforos que devem ter inundado os mares da Europa durante o Cretáceo.
(Crédito: Immanuel Giel).

Cocolitóforoorganismo unicelular que vive em grande número nas camadas superiores do oceano. É cercado por uma camada microscópica de calcário.

Rocha do Grupo Moodies do Cinturão de Greenstone de Barberton, da África do Sul, é uma formação ferrífera bandada datada em 3,5 bilhões de anos.
Nesta época, a atmosfera da Terra ainda não era rica em oxigênio.
As camadas vermelhas formaram-se quando o oxigênio estava disponível e as camadas cinzentas, em condições de privação de oxigénio.
(Crédito: Woudloper).

2.2.2.4. Espeleotemas e taxa de crescimento

Espeleotemas crescem por sobreposição de camadas à medida que minerais percolam águas subterrâneas e vão sendo depositados gota a gota. Este crescimento é mais lento em períodos mais secos, podendo até mesmo ser interrompido. Diferentes espessuras faixas (camadas) de crescimento indicam variações climáticas.

Estalactite (da caverna Heshang da China Central) formada entre o ano 790 e o ano 1780, correspondendo ao intervalo de tempo entre o Período Quente Medieval (aproximadamente do ano 950 ao ano 1250) até a Pequena Era do Gelo (do início do século XVI até a primeira metade do século XIX).
A imagem deste espeleotema mostra alternâncias de faixas de crescimento de cor mais clara (calcita mais porosa) e mais escura (calcita mais compacta).
No retângulo verde há um exemplo de camadas anuais em calcita mais clara, correspondendo a elevada taxa de crescimento em clima mais quente e úmido, onde a distância entre cada ano varia em torno de 570 µm.
No retângulo vermelho há um exemplo de camadas anuais em calcita mais escura, correspondendo a baixa taxa de crescimento em clima mais frio e seco, onde a distância entre cada ano varia em torno de 85 µm.
(Crédito: Y. F. Cui et al).

2.2.3. Estratigrafia

Quando a escala das variações climáticas se aproxima da resolução estratigráfica, aquelas variações podem ser captadas espacial e temporalmente pelas sequências litológicas. Contrastes como os do afloramento da figura que segue indicam claramente alterações no clima.

Afloramento rochoso na plataforma carbonática do Grupo Otavi na Namíbia do Neoproterozoico superior de 635 milhões de anos.
De cima para baixo, observa-se:
- uma capa dolomítica (do Membro Keilberg do Ediacariano),
- um diamictito glacial (da Formação Ghaub do Cryogeniano) e
- uma rocha carbonática (da Formação Ombaatjie do Cryogeniano).
(Adaptado de snowballearth.org)

Na imagem acima, a rocha carbonática (parte inferior) foi formada em ambiente marinho raso, o diamictito glacial indica uma transição de ambientes climáticos contrastantes e a capa dolomítica (parte superior) foi consequência de ambiente transgressivo por inundação pós-glacial.

Capa dolomíticacapa carbonática encontrada em praticamente todos os paleocontinentes,  tipicamente em latitude ≤50˚ (onde o clima não é frio). Sinônimo: dolomito de capa. Em inglês: cap dolomite.
Capa carbonáticacamada contínua de calcário e/ou dolomito que recobre depósito glacial do Neoproterozoics ou superfície de erosão subglacial onde o depósito glacial está ausente. Em inglês: cap carbonate.
Diamictitoconglomerado/brecha mal classificado, geralmente suportado por matriz (15-50%) formada por mistura de areia e lama. Pode ser formado por fluxos de detritos (lama de sedimento e água), depósitos glaciais (transporte por gelo glacial viscoso) ou bioturbação (mistura biológica de leitos discretos de lama/areia/cascalho).

A presença de diamictito disseminado (espesso quando marinho), contendo clastos facetados e associado a indicadores de clima frio, é um bom critério para estabelecer condições glaciais.

2.2.4. Geomorfologia

São importantes as contribuição de feições geomorfológicas no estudo da paleoclimatologia. Eskers e paleodunas são exemplos. 

Esker do Parque Nacional Fulufjället, na Suécia, associado ao paleoambiente do Último Máximo Glacial.
(Crédito: Hanna Lokrantz).

Dunas fósseis do Pleistoceno superior em Al Wathba, Abu Dhabi, Emirados Árabes Unidos.
Elas revelam o padrão de vento e o suprimento de sedimentos com diferentes formas e tamanhos granulométricos em condições interglaciais.
(Crédito: N. Perera).

A formação das paleodunas em Al Wathba, principalmente entre 130 mil e 75 mil anos atrás, reflete umidade e aridez flutuantes devido à regressão do mar (no Golfo Árabe-Pérsico) com maior aporte de sedimentos e aumento nos níveis regionais de águas subterrâneas e de cobertura vegetal.

Nenhum comentário:

Traduzir

Formulário de contato

Nome

E-mail *

Mensagem *