No desenho animado "Era do Gelo", assistimos às divertidas aventuras de um grupo de animais heterogêneos durante a glaciação global. Na realidade, as condições eram muito mais severas e os organismos vivos fizeram o possível para prolongar sua existência. Se lembramos da criogenia, a era glacial mais grave da história do nosso planeta, surge a pergunta óbvia - como os organismos vivos sobreviveram a ela? Um grupo de cientistas da Universidade McGill (Montreal, Canadá) decidiu reunir todas as informações disponíveis sobre criogenia e descobriu que os eucariotos sobreviveram através de "oásis de oxigênio". Quais processos físico-químicos contribuíram para a continuação da vida na Terra e qual o papel da água glacial derretida nisso? Isso e não apenas aprendemos com o relatório do grupo de pesquisa. Vamos lá
Base de estudo
Para determinar a criogenia como um período de tempo, é necessário desmontar uma boneca ninho geocronológica: Pré-cambriana - Proterozóica - Neoproterozóica - Criogenia. Começou cerca de 720 milhões de anos atrás e terminou 635 milhões de anos atrás, ou seja, durou 85 milhões de anos.
A era do gelo é um termo coletivo, porque na história do planeta houve vários que ocorreram em diferentes épocas: Cenozóico (20 a 30 milhões de anos atrás); Paleozóico (380-240 milhões de anos atrás); neoproterozóico (900-590 milhões de anos atrás); Paleoproterozóico (2,5-2,2 bilhões de anos atrás).
A criogenia, que é o segundo período no neoproterozóico (antes disso havia tônio e depois - ediacária), não pode ser chamada de era glacial mais longa ou mais fria. Essa foi a glaciação Huron, que durou cerca de 300 milhões de anos durante o Paleoproterozóico. No entanto, a criogenia é freqüentemente chamada de glaciação mais grave. Isso se deve ao fato de que durante esse período quase toda a superfície da Terra estava coberta de gelo e neve, da qual surgiu o nome da teoria “
Terra da Bola de Neve ”, explicando esse fenômeno.
A criogenia foi oficialmente reconhecida recentemente, em 1990, foi ratificada pela comissão internacional de estratigrafia, que lida com questões de
estratigrafia * , geologia e geocronologia em escala global.
Estratigrafia * é um ramo da geologia que visa determinar a idade geológica de rochas sedimentares e vulcânicas em camadas.
A ameba fóssil (
Arcellinida ), que se acredita ter se desenvolvido durante esse período, sobreviveu da criogenia até os dias atuais. Além disso, os fósseis mais antigos da esponja datam do período criogênico. Apesar da severidade do clima na época, surgiram algas vermelhas, verdes, stramenopili, ciliadas, dinoflagelados e amebas de concha. E no final da criogênese, um plâncton heterotrófico foi formado, alimentando-se de algas unicelulares e procariontes.
Vale a pena notar que nem tanto a temperatura como o gelo real tiveram um efeito negativo na vida durante o período de criogênese. Os oceanos cobertos de gelo se tornaram inadequados para a vida devido à falta de oxigênio. No entanto, como estamos aqui, significa que algo ajudou os eucariotos a superar todas as dificuldades da era do gelo e continuar seu desenvolvimento e se espalhar pelo planeta. No estudo que estamos considerando hoje, os cientistas sugeriram que os eucariotos foram ajudados por "oásis de oxigênio" formados nos oceanos através da água glacial derretida. Eles conduziram uma análise de dados geológicos e chegaram à conclusão de que essa teoria é absolutamente verdadeira.
Os cientistas observam que em muitas
sucessões * do período criogênico encontrado em todo o planeta, depósitos de ferro (IF da
formação de ferro ) foram descobertos.
Sucessão * - uma sequência cronológica de camadas (camadas ou estratos) de solo ou rocha sedimentar. A lei de sucessão da fauna afirma que os restos de um neandertal não podem ser encontrados na mesma camada de solo que os restos de um megalossauro, uma vez que essas duas espécies viviam em períodos geológicos diferentes, separados por milhões de anos.
Esses achados são dados geoquímicos importantes sobre os processos que ocorrem nos oceanos durante o período de glaciação. Para obter uma imagem geral dos processos redox nos oceanos durante a glaciação extrema, os cientistas coletaram dados de nove sucessões contendo FI, de três paleocontinentes (continentes antigos), correspondendo a locais modernos: Namíbia, Austrália e EUA.
Imagem Nº 1: locais selecionados para pesquisa, bem como sua sedimentologia (estudo de rochas sedimentares e os processos de sua formação).Todas as 9 sucessões estudadas contendo IF demonstraram evidências sedimentológicas para sedimentação em um ambiente de oceano gelado, incluindo uma relação estratigráfica com sedimentos marinhos cobertos de gelo e
diamictitos * contendo fragmentos
sombreados glaciais * .
Diamiktit * - rocha sedimentar contendo fragmentos de rochas de diferentes tamanhos.
Incubação glacial * - um conjunto de arranhões paralelos na superfície da rocha, formados por contato com areia ou cascalho incluídos na superfície inferior da geleira. A incubação no gelo é usada para determinar o movimento das geleiras durante a glaciação.
Os depósitos encontrados nas amostras podem ser divididos em vários grupos, dependendo do mecanismo e da zona de sua formação.
A zona de contato glacial é um espaço estreito a aproximadamente 2 km da linha de base, onde diamictitos maciços de granulação grossa são numerosos devido ao derretimento do
gelo basal * e à precipitação na plataforma de gelo.
Gelo basal * - gelo na base da geleira.
A zona glacial-distal (a mais de 10 km da linha de base) é caracterizada principalmente por sedimentos em camadas de grãos finos, obtidos pela sedimentação de sedimentos em suspensão de fluxos de água fundida e depósitos de
turbidita * .
Turbidita * - um conjunto de rochas sedimentares formadas em águas profundas devido à substância transportada por fluxos turvos.
A zona glacial-proximal é intermediária entre o contato (onde a rocha está em contato com o gelo) e a distal. Existem também diamictites, mas em número menor do que no meio em contato com gelo.
A zona de sedimentação das formações estudadas varia de acordo com a região e a estratigrafia; portanto, a cada amostra contendo IF foi atribuído um ambiente oceânico glaciado (meio de contato, gelo proximal ou gelo distal) com base nas características externas predominantes de um determinado grupo
litológico * .
Litologia * - estudo da composição, estrutura, origem e alterações das rochas sedimentares.
As amostras da Namíbia foram dominadas por diamictitos maciços contendo abundantes fragmentos multifacetados e eclodidos. Em alguns lugares, foram encontradas evidências de deformação subglacial em um meio de contato com gelo. As amostras contendo IF (
1C ) misturadas com essas diamictitas são realmente ricas em ferro (Fe). No entanto, alguns deles continham menos diamictitos, mas mais sedimentos marinhos no fundo, indicando uma variedade de condições de sedimentação, desde o contato glacial até a zona glacial distal.
Amostras da Austrália do Sul (
1D ) são caracterizadas pela presença de diamictitos com detritos,
siltstones * e
folhelhos * de tamanho grande que contenham
gota de rocha * .
Siltstone * é uma rocha sedimentar sólida formada a partir de rochas sedimentares soltas finamente prejudiciais (isto é, de siltstone) durante a litificação (conversão de sedimentos soltos em rocha dura).
Slate * é uma rocha com uma estrutura em camadas composta por diferentes minerais.
Dropstone * - um pedaço de rocha que caiu devido ao derretimento do gelo flutuante ( gota a gota e pedra - pedra).
As amostras da Califórnia (EUA) consistem principalmente de arenitos e siltitos turbiditos, bem como pequenas diamictitos. Rochas contendo IF em amostras dos Estados Unidos são bastante finas (menos de 5 m) e misturadas com siltitos, arenitos e sedimentos de fluxo de massa, indicando uma origem glacial-distal. No entanto, depósitos raros de IF associados a diamictitos maciços estão associados à zona distal glacial (
1E ).
A partir das observações acima, segue-se que depósitos contendo IF estão presentes em todas as amostras em uma ou outra quantidade.
Imagem 2: Parcelas redox de depósitos de ferro (IF).Para criar uma imagem geral dos processos redox durante o período de glaciação, dados elementares e isótopos-geoquímicos dos depósitos de ferro foram coletados por varredura petrográfica.
Depósitos de ferro (IF) são hematita de grão fino (Fe2O3) com impurezas na forma de cimento silício e detritos. A precipitação desses depósitos ocorre devido à oxidação do ferro dissolvido na água do mar.
Os dados geoquímicos de IF demonstram uma sequência clara, que pode ser explicada pela relativa proximidade com a linha de contato de gelo e rocha, e isso pode indicar a existência de um certo gradiente de reações redox (OVR).
Portanto, se o contato com gelo for o mais enriquecido em ferro (
2A ). O fato da presença de ferro nos depósitos, apesar da alta taxa de deposição de detritos nas zonas de contato de gelo e rocha, indica um rápido processo de oxidação do ferro nessas condições.
Como o ferro, o manganês (Mn) é um metal sensível ao OVR que é solúvel sob condições livres de oxigênio, formando óxidos na presença de O
2 . Os óxidos de manganês sofrem rapidamente uma dissolução redutiva na presença de ferro ferroso na água do mar. Portanto, o enriquecimento com óxido de manganês pode estar associado a uma corrente de água oxigenada.
A variação da OVR da água do mar também é confirmada pela geoquímica dos elementos de terras raras presentes no FI, como o cério (Ce). O cério é empobrecido na água do mar em condições de oxigênio em comparação com terras raras insensíveis à OVR devido à purificação oxidativa, o que leva a
anomalias de cério * (Ce
n / Ce
n * <1) na água do mar com oxigênio.
A anomalia de cério * é um fenômeno na geoquímica no qual a concentração de cério (Ce) diminui ou aumenta na rocha em comparação com outros elementos de terras raras.
Esta observação também confirma a presença de água do mar enriquecida com oxigênio perto das zonas de congelamento.
As composições isotópicas de Fe dos depósitos de ferro estudados dão uma idéia adicional da dinâmica do SIR no ambiente marinho do período criogênico. Os IFs têm uma gama muito ampla de isótopos (
2D ) com valores δ
56 Fe extremamente baixos (até -1,8 ‰) e valores anormalmente altos (até 2,7 ‰). Valores negativos impressionantes de δ
56 Fe (valor médio de δ
56 Fe = -0,57 n; n = 14) foram encontrados exclusivamente em amostras da zona de contato com rochas de gelo. Todas as outras amostras têm um valor positivo de
56 Fe: o valor médio de
56 Fe = 1,1 ‰, n = 21 (zona glacial-proximal); o valor médio de δ
56 Fe = 1,5; n = 46 (zona glacial-distal). Isso sugere que o valor aumenta quando separado da zona de contato de gelo e rocha.
Resumindo os resultados acima (enriquecimento redox de metais, anomalias Ce e isótopos de Fe), observa-se uma tendência a aumentar a oxigenação (enriquecimento de oxigênio) da água do mar nas imediações da camada de gelo. Portanto, a fonte de O
2 é a própria camada de gelo, que foi formada como resultado da compactação de neve. Como resultado desse processo, as bolhas de ar foram "capturadas" no gelo.
A água glacial derretida pode se formar a partir da camada superior da geleira, da base da geleira e da base da plataforma de gelo através de fluxos geotérmicos, pressão e aquecimento por fricção. Como resultado, obtemos água de fusão rica em oxigênio que os fornece ao meio ambiente sob a geleira.
Imagem 3: O esquema de lixiviação de água basal rica em oxigênio em um ambiente sem oxigênio sob uma geleira.A mistura de água derretida rica em oxigênio com água basal explica completamente os processos geoquímicos associados aos depósitos de ferro (FI), bem como sua localização. Consequentemente, os depósitos de ferro são evidências diretas da teoria dos "oásis de oxigênio" subglaciais.
E, de fato, apesar das condições climáticas extremamente severas, a vida no planeta não apenas deixou de existir, mas também continuou a se desenvolver. A análise de fósseis a partir da criogênese mostrou que, durante esse período, muitos organismos eucarióticos foram formados, incluindo
arqueplastidanos ,
opistocontentes e
amebozoários .
Muitos desses eucariotos são aeróbios, porque a oxigenação do ambiente subglacial através da água de fusão era uma base extremamente importante para manter a vida. Oásis de oxigênio podem se estender por muitos quilômetros, como evidenciado por observações modernas dos arredores gelados da Antártica. Conclui-se que esse habitat pode ser não apenas grande, mas também mais estável do que as fendas glaciais, mencionadas em outras teorias da oxigenação.
Levando em consideração que a disponibilidade de O
2 é vital para o desenvolvimento de vida multicelular complexa, pode-se supor que oásis de oxigênio eram
refúgios importantes
* para animais primitivos.
Refugium * é uma área de habitat em que uma espécie biológica ou grupo de espécies sobreviveu ou está passando por um período desfavorável de tempo geológico para elas. Acredita-se que no refúgio as espécies possam ser preservadas e até se espalhar a partir dele.
Estudos modernos de
relógios moleculares * mostram que a natureza multicelular dos animais se desenvolveu mesmo antes da criogênese.
Relógio molecular * - um método para datar eventos filogenéticos (relações evolutivas entre espécies), com base na hipótese de que alterações evolutivamente significativas nos monômeros nas biomoléculas ocorrem a uma taxa quase constante.
Os primeiros animais eram provavelmente bênticos (em baixo), dado que as esponjas são consideradas o tesouro basal dos animais. Com base nisso, os cientistas sugerem que a oxigenação do ambiente oceânico subglacial foi um processo importante no desenvolvimento e na disseminação da macro-fauna bentônica. Além disso, o suprimento de água doce descongelada também pode ajudar a reduzir o grau de salinidade, o que é importante para as esponjas precoces. O habitat das esponjas modernas é bastante amplo e diversificado, mas as características biológicas de seus ancestrais ainda são um mistério. Portanto, é difícil dizer se eles poderiam viver em um ambiente super-salino, que foi formado devido ao gelo da superfície do oceano.
Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo que você analise o
relatório dos cientistas .
Epílogo
A criogenia estava longe de ser o período mais fácil para espécies biológicas em nosso planeta. No entanto, a vida encontrou uma maneira de sair da situação - derreter a água doce, saturada com oxigênio, misturada com o oceano, o que deu origem a um habitat aceitável para a sobrevivência e até o desenvolvimento.
Para revelar o segredo da sobrevivência dos eucariotos na era glacial mais severa, os depósitos de ferro ajudaram, os quais, como fotografias de um passado distante, continham informações geoquímicas valiosas sobre os processos que ocorreram milhões de anos atrás.
Segundo os próprios pesquisadores, seu trabalho permitiu não apenas desvendar o mistério da sobrevivência de organismos em criogenia, mas também explicar a re-ocorrência de depósitos de ferro em amostras geológicas, que até então estavam ausentes há cerca de 1 bilhão de anos.
O oxigênio, é claro, é muito importante para a sobrevivência, mas além disso, também é necessário alimento. Os cientistas pretendem continuar suas pesquisas para descobrir o que os eucariotos comeram durante a criogênese.
Obrigado pela atenção, continuem curiosos e tenham uma boa semana de trabalho, pessoal. :)
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