Recifes de coral guardam segredos do passado e do futuro dos oceanos

Os depósitos de esqueletos de recifes contêm uma enorme quantidade de dados ambientais por vários milhares de anos, incluindo registros anuais de temperatura do oceano, poluição da água e atividade de tempestades.

Esses maciços corais de pétalas da espécie Porites lobata crescem na lagoa da ilha de Hua hin, na Polinésia Francesa. Amostras nucleares retiradas de recifes com amostras de corais de vários lugares revelaram informações sobre o estado do oceano há mil anos

Quando o crepúsculo se aproxima da superfície cintilante do mar Salomão, no Pacífico, Guillaume Iwankow coloca seu equipamento de mergulho e desce da escuna de pesquisa Tara para um barco a motor. Seu objetivo é trazer de volta o núcleo, uma amostra do comprimento de uma mão tirada de uma colônia de corais , levando os anais de décadas de sua vida.

Após 10 minutos, o barco sai de Tara, o motor diminui a velocidade. É tão pequeno que os peixes que vivem no recife piscam apenas alguns centímetros da superfície. Ivankov, especialista em mergulho científico da Fundação Tara Expeditions , está procurando um lugar no coral onde você pode pegar o maior e mais antigo exemplo de Porites lobata - corais redondos verde-amarelos que geralmente crescem tanto que parecem mais com o conteúdo de um crânio de Godzilla. As colônias de coral são compostas por animais de corpo mole, pólipos de coral que (usando algas simbióticas) secretam o carbonato de cálcio mineral em camadas finas. Com o tempo, as camadas anuais se acumulam uma acima da outra e se transformam em uma massa sólida que compõe o esqueleto de coral.


Guillaume Ivankov

Tendo descoberto os Porites ideais, Ivankov pressiona seu berbequim de sete centímetros de diâmetro na superfície do coral. O berbequim faz um zumbido silencioso no esqueleto, e nuvens de poeira de coral são jogadas na água ao redor. Penetrando em todas as camadas de coral, Ivankov inclina a broca aqui e ali, arrancando a base da amostra cortada, que tem cerca de 40 cm de comprimento. Ele repete esse processo no mesmo buraco mais duas vezes e depois flutua para trás e coloca as amostras obtidas no barco - um total de cerca de 120 cm de comprimento. Somente pólipos são encontrados na superfície da formação de Porites; portanto, após a perfuração, os corais devem continuar a crescer nas águas rasas, sem nenhum dano ou perturbação específica.

Essas expedições científicas marinhas coletam todos os tipos de amostras biológicas, da água do oceano e dos peixes que vivem nos recifes aos micróbios dos corais. Mas os núcleos de coral são diferentes dos demais. São cápsulas orgânicas contendo registros de poluição local, geologia, temperatura e saúde dos recifes, que remontam a centenas de milhares de anos. Os pesquisadores continuam aprimorando métodos inesperados pelos quais essas informações podem ser extraídas de esqueletos de corais. Climatologistas, geoquímicos e paleontologistas que desejam mergulhar na história do oceano são cada vez mais aconselhados: estude amostras do núcleo. "Eu os chamo de livros de história de recifes naturais", disse Janice Lowe , climatologista e especialista em corais do Instituto Australiano do Mar. "Eles podem contar muitas histórias."

Imersão na história do oceano

A mineração do núcleo de coral, como investigação de detetive, tornou-se uma maneira confiável de enriquecer a teoria dos eventos passados ​​com detalhes e evidências - ou mesmo apenas provar que esses eventos ocorreram. É fácil esquecer que, antes da década de 1970, ninguém tinha certeza de que os corais geralmente tinham anéis anuais. Foi então que uma equipe de geofísicos da Universidade do Havaí visitou o Atol de Eniwetok, no Pacífico Sul.

Enivetok era uma ilha despretensiosa com uma história incomum: os Estados Unidos testaram suas armas nucleares lá nas décadas de 40 e 50. Pesquisadores do Havaí se perguntam se os esqueletos de corais próximos estão mostrando evidências dessa radioatividade. Se as camadas de coral contivessem elementos radioativos com meia-vida conhecida, seria possível calcular quase com precisão em que ponto o anel apareceu. "Eles pegaram uma camada de uma colônia maciça, a colocaram em papel sensível à luz em um quarto escuro por um mês e viram conjuntos de tiras radioativas", disse Lowe. As distâncias entre as tiras no papel indicavam que muitos outros dados podiam ser encontrados na estrutura oculta dos corais; portanto, testes adicionais foram necessários. "Eles entraram em contato com um médico próximo e perguntaram: É possível iluminar nossa camada de coral em raios-x?"


Mergulhador traz à superfície uma amostra de coral

Depois de colocar a camada de coral no aparelho de raios X, anéis anuais facilmente distinguíveis, alternando entre claro e escuro, tornaram-se visíveis - isso refletia a densidade do carbonato de cálcio, que constituía o esqueleto do coral. A datação dos elementos radioativos do esqueleto revelou que todos os anos um conjunto duplo de anéis aparecia no coral: maior e mais poroso, e mais estreito e denso. Em um artigo de 1972 publicado na revista Science, os pesquisadores chamaram os núcleos de "cronômetros de coral", aludindo à sua utilidade como relógio natural. Desde então, outros cientistas relataram que os corais depositam anéis anuais mais grossos durante as estações chuvosas com temperaturas moderadas e menos grossos durante as estações secas e com condições climáticas mais extremas.

Os corais crescem de 0,3 a 10 cm por ano, mas, em média, pode-se considerar que um núcleo de 100 cm contém um registro de 100 anos de história dos corais. Muitas vezes, são os últimos 100 anos - mas nem sempre. Corais endurecidos podem conter seqüências de anéis anuais que datam até o último período interglacial , mais de 100.000 anos atrás. Para avaliar a densidade relativa dos anéis anuais, refletindo as condições climáticas no momento de seu aparecimento, os raios X ainda são usados. Mas os oceanógrafos descobrem constantemente novas propriedades úteis dos núcleos de coral no processo de trabalho.

Uma das histórias mais ricas contidas nos dados principais é o registro anual de vestígios de elementos químicos contidos na água do oceano. Os pólipos de coral filtram a água do oceano para extrair materiais para construir esqueletos, de modo que cada camada contém uma pequena quantidade do que estava na água no momento em que essa camada foi criada. E embora os anéis anuais dos corais "devido à complexa forma interna do esqueleto não sejam tão claros e limpos como os anéis anuais das árvores", diz Gregory Webb , paleontologista da Universidade de Queensland, "eles realmente registram a química da água em que crescem".

O estudo da composição dos núcleos de coral permite aos cientistas construir lotes de várias substâncias contidas no oceano em anos diferentes. Isso pode fornecer informações sobre processos planetários que parecem não ter nada a ver com o crescimento de corais. Oceanógrafos de um laboratório chinês calcularam a força das monções de inverno do leste asiático nos últimos 150 anos, medindo os níveis de elementos de terras raras, como lantânio e cério, em cada camada do núcleo de coral de Porites. Esses elementos de terras raras são retirados de banheiras de hidromassagem empoeiradas que ocorrem durante tempestades de inverno; portanto, a porcentagem de elementos é um indicador confiável da intensidade da tempestade.


Uma foto em close de Porites lobata mostra pequenos grupos de tentáculos salientes de pólipos de coral.

Da mesma forma, os testes do núcleo de coral revelam evidências históricas da poluição humana do oceano, muito mais detalhada do que qualquer outra. Lowe e colegas colhem amostras da Grande Barreira de Corais e testam as camadas em busca de metais tóxicos, como chumbo e cádmio, que são frequentemente emitidos por plantas industriais. Os construtores poderiam construir um porto, despejar rochas sedimentares em um recife de coral e afirmar que sua intervenção não afetou o oceano - mas, como Lowe apontou, "os núcleos de coral são observadores imparciais que monitoram as mudanças ambientais".

Os núcleos de coral também fornecem um dos poucos registros confiáveis ​​da temperatura do oceano nos anos anteriores ao início dos registros humanos. Quando a água está mais fria, os corais usam mais estrôncio, acrescentando-o ao carbonato de cálcio usado para fazer esqueletos. Ao calcular a porcentagem da proporção de cálcio para estrôncio em cada nível do núcleo, você pode determinar qual era a temperatura do oceano quando essa camada apareceu.

Usando essa tecnologia em núcleos de coral das águas tropicais do Oceano Pacífico, perto das Ilhas Galápagos, a geóloga Gloria Jimenez, da Universidade do Arizona e colegas, recentemente criou uma descrição detalhada das mudanças na temperatura da água de 1940 a 2010. Antes disso, os registros de temperatura da água não diferiam em regularidade, e dizia-se que o aquecimento da água do oceano era limitado devido a correntes profundas frias. Mas os dados dos núcleos de coral de Jimenez falam de maneira diferente: a água está aquecendo nesta região desde os anos 1970 e nos anos 80 houve um aumento quando as correntes quentes do El Niño passaram. Essa tendência ao aquecimento gradual significa que os recifes próximos às Galápagos podem estar em maior perigo do que se pensava anteriormente.

Sob as formações de coral modernas que Jimenez estuda, há um depósito de outros dados armazenados em corais fossilizados. Dependendo da preservação, os núcleos desses corais podem permitir que os pesquisadores expandam os registros de temperatura em até 100.000 anos no passado. Webb tem um navio de pesquisa especial, D Hill, no qual está instalada uma plataforma de perfuração, capaz de extrair núcleos de camadas antigas localizadas sob a Grande Barreira de Corais.



Depois que Webb e a equipe recuperam núcleos de fósseis de corais, eles podem determinar sua idade usando datação urânio-tório. Um espectrômetro de massa mostra a quantidade de urânio residual nas camadas do núcleo que se deteriorou para formar o tório, e a proporção desses dois elementos é usada para calcular a idade aproximada de cada camada. Como Jimenez, Webb usa a proporção de estrôncio para cálcio para calcular a temperatura do oceano durante o aparecimento de cada faixa, e ele usa seus núcleos fossilizados para rastrear o conteúdo de elementos químicos em águas pré-históricas. "Fomos capazes de responsabilizar os núcleos de todo o Holoceno " , disse Webb, referindo-se à era geológica atual que começou há 12.000 anos. "Podemos comparar o clima e a qualidade da água na área do mesmo recife, no mesmo lugar, mas separamos 100.000 anos."

Dados fósseis também fornecem novas evidências de processos geológicos antigos. Em uma recente viagem ao Recife de Girona, uma seção da Grande Barreira de Corais na costa da Austrália, eles encontraram um problema com a tripulação. Sua instalação poderia atingir 30 metros de profundidade e, uma vez calculados, chegariam às camadas que apareceram no último período interglacial do Pleistoceno, há mais de 100.000 anos. Mas eles nunca chegaram até ele. “Pensávamos que em algum lugar a cerca de 15 metros entraríamos no Pleistoceno”, lembra Webb. - Fizemos apostas sobre a profundidade que a encontraríamos - alguém fixou em 12, alguém em 14. E então, de repente, estávamos a 22 metros, e nunca conseguimos. Nós apenas mordemos a cavidade, e ninguém esperava isso. "


Os recifes de coral se tornam o centro de um ecossistema marinho vivo, então seu futuro diante da acidificação dos oceanos suscita sérias preocupações

Descobriu-se que o núcleo de coral continha uma camada que data da última era glacial, quando o nível do mar estava 130 metros mais baixo e toda a Grande Barreira de Corais estava acima da água. O vento, as chuvas e a água corrente lavavam o calcário que se abria e formava uma fenda profunda cercada por colinas altas, íngremes e desiguais. Quando o nível do mar voltou a subir, correntes e ondas encheram o vale submerso com partículas de rochas sedimentares, e esse lugar se tornou a base para novos recifes de coral. Essa descoberta ajudou os cientistas a concluir que a forma dos recifes modernos geralmente não é determinada pela forma dos recifes anteriores ou pelas estruturas geológicas nas quais eles crescem, como se pensava anteriormente. O acúmulo de rochas sedimentares pode obscurecer os contornos de estruturas antigas e fornecer uma superfície plana na qual novos recifes podem crescer. E os pontos mais altos dos recifes podem ser localizados a uma altura que o nível do mar permita, o que significa que no topo eles também se tornam planos.

O movimento da água do mar sempre desempenhou um papel importante na formação desses ecossistemas únicos - confirmação adicional disso é dada em um novo trabalho publicado na Nature Geoscience. Jodi Webster, da Universidade de Sydney, Brian Lowheed, do Instituto Pierre-Simon Laplace, na França, e seus colegas extraíram muitos núcleos de coral antigos diferentes da Grande Barreira de Corais. Uma análise da matéria esquelética e dos depósitos do núcleo mostrou que as mudanças no nível do mar nos últimos 30.000 anos mataram partes do recife cinco vezes - às vezes quando os recifes foram expostos ao ar, às vezes quando sedimentos na água subindo bloquearam a luz que chegava ao recife. Mas em cada caso, o recife voltou a surgir, à medida que pólipos de outros recifes apareceram nele, e suas formações de corais vivas se mudaram para onde estavam as melhores condições de água e iluminação.

A estrutura única de cada camada de coral no núcleo também dá dicas de outros problemas que o coral encontrou ao se formar - se isso aconteceu décadas atrás, ou milhares. Por exemplo, quando o oceano aumenta a acidez devido à dissolução do dióxido de carbono na atmosfera, os corais mudam completamente os hábitos de crescimento, como pesquisadores do Instituto Oceanográfico Woods Hole escreveram no ano passado na revista Proceedings da Academia Nacional de Ciências.


Três seções principais mostram um complexo sistema de anéis anuais, mostrando como os corais no recife reagiram às mudanças ambientais. Essas amostras são destacadas com luz ultravioleta, que permite obter certas informações sobre sua composição química.

Uma equipe de oceanólogos de Woods Hole, incluindo a estudante Nathaniel Mollik e a geóloga Anna Cohen , analisou amostras dos modernos núcleos de coral de Porites tirados perto do Panamá, Palau, Taiwan e do Donsha Atoll no mar da China Meridional. Eles colocaram todos os núcleos no aparelho para tomografia computadorizada - um dispositivo especial de raios-X que pode revelar os detalhes das mudanças de crescimento e densidade dentro do coral.

Comparando esses registros de núcleos de coral com amostras de água colhidas em cada local, os cientistas mostraram que a alta acidez do oceano em épocas passadas levou ao aparecimento de certas anomalias estruturais. Corais em águas mais ácidas crescem aproximadamente na mesma proporção, mas a estrutura desses corais acaba sendo completamente diferente - lacunas aparecem neles, semelhantes às bolhas de uma massa de panqueca. Isso ocorre porque, após a dissolução na água, o dióxido de carbono se combina com os íons livres de carbonato. Como resultado, menos íons permanecem nos pólipos de coral e eles não podem produzir o carbonato de cálcio necessário.

Com o tempo, esse déficit leva ao aparecimento de esqueletos de corais mais finos e porosos. "Nós basicamente vemos vazios e bolhas dentro", disse Weifu Guo , geoquímico da equipe. É provável que esses esqueletos frágeis desmoronem como resultado de tempestades e ondas de choque - e isso, por sua vez, ameaça outras formas de vida nos recifes, incluindo as algas, que cultivam alimentos para corais e peixes, cuja nutrição depende deles.

Modelando o futuro oceano

Tais observações dos núcleos de coral preenchem lacunas no conhecimento da dinâmica planetária e oceânica e também ajudam os pesquisadores a prever como as tensões futuras afetarão os recifes. Pesquisadores de Woods Hole, comparando os dados principais com o aumento previsto da acidez do oceano devido às mudanças climáticas, concluíram que a densidade de esqueletos de coral em todo o mundo até 2100 deve diminuir em 20%. Esta previsão enfatiza a exposição de recifes futuros a danos físicos.


Janice Lowe

Além disso, registros de longo prazo armazenados em núcleos de coral mostram a rapidez com que os recifes crescem e se adaptam à poluição e ao aquecimento do oceano - isso é especialmente importante, dadas as tendências atuais semelhantes. “Precisamos de registros históricos do comportamento dos recifes, das mudanças que ocorreram e de suas reações a essas mudanças. Isso nos dá uma melhor compreensão do que podemos enfrentar ”, disse Webb. "É incrível o quanto podemos fazer vinculando todas essas notas".

O conhecimento acumulado já está ajudando os pesquisadores a corrigir modelos preditivos do clima global, que, segundo Low, ajudarão a desenvolver estratégias de conservação de recifes. “Os modelos climáticos globais não são perfeitos - eles estão sendo constantemente ajustados. Os registros de coral fornecem evidências do passado que podem ser úteis para esses modelos. ”

Uma parte tangível do financiamento da pesquisa é gasta na documentação da ecologia dos recifes modernos, e resta muito pouco em amostras de seu passado. Mas, para fazer estimativas precisas da história e do estado atual dos oceanos, de acordo com Webb, Guo e outros, será necessário usar mais núcleos de coral para cobrir um longo período de tempo. "Com uma coleção maior, você não precisa basear seu raciocínio no exemplo de um único coral", disse Guo. "Você pode contar a história com mais confiança."

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