Carbono negro encontrado no rio Amazonas revela queimadas recentes na floresta

20 de setembro de 2019

Elton Alisson | Agência FAPESP – Além dos rastros de destruição na floresta, as queimadas na Amazônia deixam vestígios no rio Amazonas e em seus afluentes. A queima incompleta da madeira das árvores resulta na produção de um tipo de carbono – conhecido como carbono negro – que chega às águas do Amazonas nas formas de carvão e fuligem e é transportado para o oceano Atlântico como carbono orgânico dissolvido.

 

 Estudo internacional quantificou e caracterizou o carvão e a fuligem produzidos pela queima incompleta de árvores que chegam às águas do rio e são transportados para o Atlântico (foto: Wikimedia Commons)

Um grupo internacional de pesquisadores quantificou e caracterizou, pela primeira vez, o carbono negro que flui pelo rio Amazonas. Os resultados do estudo, publicado na revista Nature Communications, mostraram que a maior parte desse material transferido para o oceano é “jovem”, sugerindo que foi produzido por queimadas recentes na floresta.

“Constatamos por meio de análises de datação radiométrica [método que usa o radioisótopo de ocorrência natural carbono-14 para determinar a idade de materiais carbonáceos até cerca de 60 mil anos] e de composição molecular que a maior proporção do carbono negro que encontramos no Amazonas foi produzida nos últimos anos pela queima de árvores”, disse Jeffrey Edward Richey, professor da Universidade de Washington, dos Estados Unidos, e um dos autores do estudo.

Pesquisador visitante do Centro de Energia Nuclear na Agricultura da Universidade de São Paulo (Cena-USP), Richey realizou nos últimos cinco anos um projeto apoiado pela FAPESP na modalidade São Paulo Excellence Chair (SPEC), com o objetivo de elucidar o papel da bacia do Amazonas no ciclo de carbono global.

Durante o projeto, os pesquisadores coletaram amostras de carbono negro dissolvido no canal principal do rio Amazonas e em quatro afluentes – os rios Negro, Madeira, Trombetas e Tapajós – em novembro de 2015, durante uma das estações mais secas na região.

Esse período foi escolhido para a realização do estudo porque o fluxo de água estava baixo e a conectividade do rio Amazonas com sua várzea ficou limitada. “Isso permitiu obter amostras apenas de água permanente e identificar com maior acurácia as fontes de carbono negro na bacia hidrográfica”, afirmou Richey.

Marcadores moleculares

A concentração e o conteúdo de carbono-14 nas amostras foram medidos por meio de marcadores moleculares, como os ácidos policarboxílicos, liberados pela oxidação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos do carbono negro.

As medidas quantitativas dos marcadores foram combinadas com a caracterização molecular das amostras usando técnicas de espectrometria de massa de ultra-alta resolução.

Os resultados das análises revelaram que o carbono negro dissolvido no rio Amazonas e seus afluentes e transportado para o oceano geralmente é “jovem”, mas passa por um processo de envelhecimento à medida que segue em direção ao mar.

As amostras coletadas mais longe do oceano Atlântico, como em Óbidos, no Pará, são mais jovens. Já o material encontrado mais perto do oceano tem idade mais antiga.

“Isso sugere que o envelhecimento do carbono negro pode ocorrer ao longo do trajeto entre a terra, o rio e o oceano, e que componentes mais reativos podem ser removidos durante o transporte desse material”, disse Richey.

“O material mais recente poderia entrar em um processo de mineralização até chegar ao oceano, o que causaria uma mudança de seu perfil molecular, deixando-o com um sinal de que é mais velho. Mas ainda há vários aspectos do armazenamento e transporte desse material da terra para o rio e depois para o oceano que precisamos entender melhor”, ponderou.

Por meio de um novo projeto, também apoiado pela FAPESP, os pesquisadores pretendem fazer um número maior de medições para comparar com as feitas em 2015. Dessa forma será possível identificar se a produção de carbono negro “jovem” e, consequentemente, as queimadas na floresta aumentaram nos últimos anos.

“Há uma grande preocupação com as queimadas recentes na Amazônia em relação ao destino desse carbono gerado. Parte vai para a atmosfera, na forma de dióxido de carbono, mas grande parte fica retida na terra ou na água na forma de carbono negro”, disse Richey.

Maior fonte de matéria orgânica

De acordo com os pesquisadores, o rio Amazonas é responsável por um quinto da descarga global de água doce no Atlântico e é a maior fonte única de matéria orgânica terrestre no oceano, com uma exportação média anual de 22 a 27 teragrama (27 milhões de toneladas) de carbono negro. Por isso, é um sistema crucial para entender o transporte e o ciclismo desse tipo de carbono, o mais estável da natureza.

Um componente abundante e lento no ciclo do carbono, o carbono negro atua como um sumidouro de carbono da biosfera, ao remover o composto de processos mais rápidos entre a atmosfera e a biosfera e sequestrá-lo em reservatórios sedimentares.

O conhecimento sobre a origem, a dinâmica e o destino desse material é fundamental para o desenvolvimento de modelos para prever as interações entre as mudanças climáticas e o ciclo global do carbono, apontou Richey.

“Nosso entendimento do papel do carbono negro no ciclo de carbono em escala regional e global ainda é baixo devido, em grande parte, a limitações sobre o processamento, a qualidade e o destino do carbono negro dissolvido durante sua exportação dos rios para o oceano”, afirmou o pesquisador.

“Precisamos saber, por exemplo, quanto tempo leva para o carbono negro produzido pelas queimadas recentes na floresta chegar ao rio Amazonas”, disse.

O artigo Marked isotopic variability within and between the Amazon River and marine dissolved black carbon pools (DOI: 10.1038/s41467-019-11543-9), de Alysha I. Coppola, Michael Seidel, Nicholas D. Ward, Daniel Viviroli, Gabriela S. Nascimento, Negar Haghipour, Brandi N. Revels, Samuel Abiven, Matthew W. Jones, Jeffrey E. Richey, Timothy I. Eglinton, Thorsten Dittmar e Michael W. I. Schmidt, pode ser lido na revista Nature Communications em www.nature.com/articles/s41467-019-11543-9.

O Rio Paleo-Bell: a Amazônia desaparecida da América do Norte

O rio Saskatchewan Norte (em primeiro plano), em sua confluência com o rio Alexandra, próximo às nascentes dos rios nas Montanhas Rochosas canadenses, faz parte do sistema do rio Saskatchewan, que junto com a bacia do Rio Nelson é o último remanescente do outrora poderoso Paleo. -Sistema do rio da Bell. Credit: Yvesgagnon1974/istockphoto.com.

 

By Lionel Jackson

No ensino médio, a maioria dos estudantes aprendeu que o rio Amazonas é o mais poderoso dos rios da Terra. Sua vazão média para o oceano de cerca de 209.000 metros cúbicos por segundo é maior do que as descargas combinadas dos seis maiores rios do mundo. Seus afluentes mais distantes se elevam nos Andes, a algumas centenas de quilômetros do Oceano Pacífico, e drena uma área de cerca de 7 milhões de quilômetros quadrados, ao cruzar a América do Sul para o Atlântico. A Amazônia supera o maior sistema fluvial da América do Norte, o Mississippi, que drena menos da metade da área da Amazônia e libera cerca de um décimo da quantidade de água.

Os cientistas da Terra podem fazer uma pausa para se perguntar por que a América do Norte não tem uma bacia fluvial de escala semelhante à da Amazônia, seguindo a mesma história geológica dos dois continentes: tanto a América do Norte quanto a América do Sul se deslocaram para o oeste com a abertura. do Oceano Atlântico, e teve interações comparáveis ​​com as placas tectônicas subjacentes ao Oceano Pacífico. Essas interações resultaram em uma cordilheira de montanha contínua ao longo das margens ocidentais de ambos os continentes, e em cada caso, a drenagem da cordilheira fluiu para o leste, através de plataformas sedimentares e escudos pré-cambrianos. De fato, a América do Norte tinha um sistema fluvial tão extenso. De cerca de 50 milhões a 3 milhões de anos atrás, esse sistema drenou uma área maior que a atual Amazônia, antes de ser suplantada pelos modernos sistemas fluviais do continente durante o Pleistoceno. Nos últimos anos, conforme os detalhes desse antigo gigante fluvial surgiram, tornou-se conhecido como o rio Paleo-Bell em homenagem ao geólogo canadense Robert Bell, que apresentou pela primeira vez evidências de sua existência.

Amazônia da América do Norte hipnotizada

Robert Bell nasceu em Toronto em 1841, menos de um ano antes da fundação do Serviço Geológico do Canadá (GSC), uma organização à qual dedicaria 50 anos de serviço. Ele primeiro provou a aventura da exploração geológica como assistente de campo adolescente de Sir William Logan, que fundou o GSC. Após a formação universitária da Bell e vários anos como professor universitário, ele se juntou ao GSC e iniciou pesquisas de reconhecimento da geologia, flora, fauna, povos indígenas e potencial agrícola das vastas regiões que drenaram para a Baía de Hudson.

Todo verão, Bell e outros cientistas do GSC desapareciam na região norte do Canadá, viajando de barco, de canoa ou a cavalo. Como apenas mapas rudimentares das rotas de exploração e comércio associados ao comércio de peles existiam em grande parte dessa região, as partes de campo geralmente faziam mapas topográficos e mapas geológicos à medida que prosseguiam. Doença ou lesão no campo, por vezes, resultou em morte; Um Bell proativo obteve um diploma em medicina em 1878 para lidar com essas eventualidades. De 1884 a 1885, ele foi para o mar como oficial médico e científico em navios de pesquisa explorando a oceanografia da Baía de Hudson e do Estreito de Hudson, que separa Labrador da Ilha de Baffin e é a saída da baía para o Oceano Atlântico.

Robert Bell (kneeling, center left, with beard) poses with his field party in 1883. Credit: Geological Survey of Canada/Library and Archives Canada.

 

During their explorations on land and at sea, Bell and his GSC colleagues keenly observed evidence of past glaciations of the landscape. They, in association with the U.S. Geological Survey and university colleagues, eventually outlined the limits of glaciation and compiled evidence of ice flow directions across North America.
Bell integrated his 25 years of fieldwork and that of fellow GSC explorer-scientists in reconstructing the patterns of drainage that existed prior to glaciation. In May 1895, at the annual meeting of the Royal Society of Canada, he made a bold hypothesis: There had been a great preglacial river basin that drained into a trunk stream that traversed what is now Hudson Bay and exited into the Atlantic Ocean through Hudson Strait. The basin of this river would have extended east from the Canadian Rocky Mountains and from the north central United States to what is now the Mackenzie River Basin — North America’s second largest river basin, which drains into the Arctic Ocean. Bell did not know how and why the relatively shallow Hudson Bay was once above sea level, but his paleo-drainage reconstruction indicated that it had been — and in relatively recent geologic time.
Within a few years, A.W.G. Wilson of McGill University cited extensive evidence that the Canadian Shield, eroded to a nearly flat surface, had been broadly uplifted and warped in geologically recent time. This notion supported Bell’s view that Hudson Bay had been above sea level prior to glaciation. Why this uplift occurred and why the contemporary Hudson Bay lay below sea level were still not known to Bell and Wilson. Despite such knowledge gaps, Bell — like many great scientists before him — had seen the larger picture. And over the next century, his “great preglacial river” was slowly corroborated as geologists investigated North America’s ancient past for a variety of reasons, from seeking oil and gas to searching for diamonds.

Evidence of Bell’s River in the West

Early in the exploration of the American and Canadian west, geologists recognized that an interior seaway once stretched from the Arctic Ocean to the Gulf of Mexico, between the rising cordillera to the west and the Canadian Shield and Appalachian Mountains to the east. The seaway existed during the Late Cretaceous from about 90 million to 70 million years ago. Dinosaurs roamed its forested shores, and the forests shed pollen into the adjacent sea that was buried amid seafloor sediments. This fossil pollen also played a large role as evidence for the existence of the Paleo-Bell River.

By the early Cenozoic Era, about 50 million to 60 million years ago, the seaway had become dry land as erosion of the eastern margin of the young cordillera resulted in the growth of massive alluvial fans that filled the seaway and spread eastward toward the Canadian Shield and what is now Hudson Bay. These fans would have been of comparable scale to the modern delta of the Ganges-Brahmaputra River in Bangladesh and northeastern India, which drains much of the Himalayas today. The erosion of the mountains and growth of the deltas established the west-to-east drainage pattern that gave rise to the Paleo-Bell River system (drainage had been east to west prior to the rise of the cordillera).

Lithified gravel caps the Cypress Hills in southwest Saskatchewan. The gravel was deposited by a large braided river — likely ancestral to the modern Yellowstone River — that was one of the main tributaries to the Paleo-Bell River circa 30 million years ago. The detail view (A) shows colorful quartzite and argillite clasts derived from the Proterozoic Belt Supergroup. The nearest likely sources of these clasts are 300 kilometers to the southwest. Credit: David Sauchyn, University of Regina.

 

Subsequent regional uplift of the interior plains of North America resulted in the erosion of much of these fan sediments as well as some of the underlying seaway sediments. However, scattered across the interior plains of the northern U.S. and Canada are remnants of some of the earliest deposits laid down by the Paleo-Bell River system. One of the best-known examples is from the Cypress Hills in southwestern Saskatchewan and southeastern Alberta, Canada, about 70 kilometers north of the Montana border. Today, the hills rise about 300 meters above the surrounding plains, but in the past, the summits of this upland area were high enough to rise above the kilometers-thick continental glaciers of the last several million years.

In the 1880s, pioneering geologist R.G. McConnell, a colleague of Bell, noted that the upland was capped by distinctive reddish, quartz-rich gravels. These gravels are largely derived from the Belt Supergroup, a massive assemblage of sedimentary and mafic volcanic rocks deposited about 1.4 billion years ago and which underlie the spectacular mountains of Montana’s Glacier National Park and much of the adjacent Rockies. The nearest outcrops of Belt rocks to the Cypress Hills, however, occur hundreds of kilometers southwest of the hills. These gravels were recognized as having been transported across the braided flood plain of a great river — apparently an ancestor of the Yellowstone River system — that flowed northeastward toward Hudson Bay. Subsequently, fossil mammal remains from between 30 million and 10 million years ago in the Oligocene and Miocene were identified in these gravels. And in a 2013 article in GSA Today, geologist James Sears of the University of Montana concluded that the drainage basin associated with these gravels may at times have extended as far south as what is now the Grand Canyon region. (see sidebar below)

A generalized reconstruction of Paleo-Bell River drainage and evolution of other major rivers in western and northern North America, after James Sears and others. By the Miocene, the Paleo-Bell River Basin reached its greatest extent. Rifts like the Rio Grande and Great Basin created an ancestral Colorado River that was yet to establish a course to the Pacific (location 1). Instead, it flowed north from the Grand Canyon region through structurally controlled valleys and into the larger Paleo-Bell River Basin via an ancestral Yellowstone River, whose gravels cap the Cypress Hills. This route was blocked by eruptions of lava in the Snake River Plain (location 2) associated with the Yellowstone Hot Spot. Repeated glaciation starting about 2.6 million years ago diverted north-flowing rivers like the Paleo-Yellowstone along ice sheet margins (location 3) to form the Missouri River. The ice sheets also disrupted the Paleo-Bell River Basin, causing river sedimentation to cease in the Saglek Basin. The Mackenzie River Basin was created, leaving the Saskatchewan/Nelson River Basin as the last remnant of North America's Amazon. Credit: K. Cantner, AGI and Lionel Jackson, based on Sears, GSA Today, 2013.

Uplands similar in age to the Cypress Hills are found scattered amid the interior plains to north of the Arctic Circle and document other branches of a former vast river system that flowed east toward Hudson Bay from the Eocene through the Pliocene epochs (about 55 million to 3 million years ago). By the start of regional glaciation about 2.6 million years ago, the areas between these uplands were eroded down to about the level of the interior plains and adjacent Canadian Shield today. However, virtual time capsules of Eocene sediments, complete with vegetation, were preserved by volcanism that emplaced diamonds in what is today Canada’s Northwest Territories. Diamond exploration and mining in the Lac de Gras diamond fields, for example, has inadvertently yielded fascinating information about climatic conditions in the Paleo-Bell River Basin tens of millions of years ago (see sidebar below).

Through the Pleistocene, the periodic spread of ice sheets over most of what is now Canada and the northern U.S. eventually disrupted some rivers of the Paleo-Bell system, such as the early Yellowstone River, diverting these flows from their northeastward courses more to the east, into what would become the Missouri River, the path of which largely marks the margin of past ice sheets. Rivers farther north in the Paleo-Bell system, meanwhile, may have re-established their prior routes during intervals between glacial episodes until they assumed their current courses.

The Paleo-Bell’s Mouth Is Discovered

During the 20th century, the search for new sources of oil and gas, and advances in offshore drilling technology, opened up deeper and stormier seas to geologic exploration. By the 1970s, the continental shelves of Labrador and Baffin Island had become prospects for exploration. Drilling and seismic investigations revealed that the area was underlain by millions of cubic kilometers of sediments deposited during and after the opening of the North Atlantic, beginning about 140 million years ago. N.J. McMillan, then with Aquitaine Petroleum in Calgary, compiled existing drilling data and geophysical data for the region and identified a large package of sandy and muddy sediments in the Saglek Basin, which lies beneath the Labrador Sea at the mouth of Hudson Strait. These sediments — totaling an estimated 2.5 million cubic kilometers — were deposited between about 55 million and 5 million years ago.

Uninhabited Salisbury Island, part of the Canadian territory of Nunavut, is in the Hudson Strait, which flows between Hudson Bay and the Labrador Sea. Research in the 1970s and ‘80s revealed that the Hudson Strait’s entry into the sea — an area known as Saglek Basin — was the mouth of the Paleo-Bell River. Credit: Doc Searls, CC BY 2.0.

Erosion of adjacent uplands in Labrador and on Baffin Island during this time was inadequate to account for the vast amount of sedimentary material in the Saglek Basin. McMillan recognized that one of Earth’s largest rivers must have discharged into the Atlantic Ocean during that interval. The area corresponded well with the mouth of Hudson Strait, where Robert Bell had placed the mouth of his great preglacial river. In his landmark paper published by the Canadian Society of Petroleum Geologists in 1973, McMillan revived and expanded on Bell’s earlier hypothesis. McMillan’s hypothesis was subsequently corroborated by research carried out in the 1980s by V. Eileen Williams at the University of British Columbia.

Williams separated and studied fossil pollen grains, called palynomorphs, from drill cores obtained from exploratory oil and gas drilling in the late 1970s and early ‘80s in the Saglek Basin. Although the sediments contained pollen as young as about 5 million years old, there was a significant amount of recycled palynomorphs dating from the Mesozoic Era throughout younger sediments associated with the Paleo-Bell River. Studies of modern rivers, such as the Mississippi and Orinoco, have shown that fossil palynomorphs are commonly eroded from sedimentary rocks and transported thousands of kilometers and redeposited (see sidebar below). In the case of the ancient pollen found in the Saglek Basin, Williams concluded that these palynomorphs had eroded from sediments originally deposited in the former North American Interior Seaway. The age range of the younger palynomorphs constrained the duration over which the preglacial river existed to 40 million to 50 million years. By comparison, the delta of the Amazon River has recently been shown to have been in existence for only about 11.5 million years.

The Paleo-Bell Gives Way to the Mackenzie

Alejandra Duk-Rodkin sits in the Painted Mountains of the Northwest Territories, Canada, a site near the former headwaters of a branch of the Paleo-Bell River that’s now within the Mackenzie River Basin. Credit: courtesy of Alejandra Duk-Rodkin.

The Pleistocene ice ages, starting about 2.6 million years ago, spelled the end for the Bell River. Ten ice sheets formed over North America during the past million years alone, and many others formed prior to that. The full extent of glacial erosion over Hudson Bay and the Canadian Shield over this period is debated, but the Hudson Bay area likely experienced hundreds of meters of erosion, as well as substantial isostatic depression from the weight of several kilometers of overlying ice (Hudson Bay is still rebounding from unloading of the last ice sheet). As a result, Hudson Bay was inundated by the sea, and rivers began draining directly into it during interglacial periods, cutting off sedimentation to the Saglek Basin.

The Saskatchewan and Nelson river systems, which drain much of Alberta, Saskatchewan and Manitoba, and part of North Dakota, are the last remnants of the Paleo-Bell River system. Ice sheet margins allowed the Mississippi River to capture many formerly northeast-flowing rivers in the American West. However, the grandest change caused by ice sheets was the creation of the Mackenzie River.

The sequence of events that led to the Mackenzie’s formation was largely uncovered through the work of Alejandra Duk-Rodkin, who joined GSC in the early 1980s. At that time, pipelines and oil and gas development were slated for the Mackenzie River Valley and the Mackenzie Delta, and a detailed understanding of the surficial geology was required. Duk-Rodkin began studying and mapping the surficial geology of that region, and of the adjacent Mackenzie Mountains (a northern continuation of the Rockies) and Yukon — an investigation that would last decades.
She found that the Mackenzie Valley region was a palimpsest of two drainage patterns: an older one marked by erosional surfaces that could be traced from the Mackenzie Mountains and Richardson Mountains across what is now the Mackenzie Valley into the interior plains and the Canadian Shield; and a younger pattern that paralleled the Mackenzie Mountains. Additionally, her mapping and stratigraphic work demonstrated that the last Laurentide Ice Sheet was more extensive in that region than any of its predecessors had been over the prior two and a half million years, and that it — spreading westward from northeastern North America — had diverted drainage from the Mackenzie Mountains, from the ice sheet itself, and from as far south as Alberta and British Columbia, to the north. This drainage cut massive canyons leading to the Arctic Ocean.
As the ice sheet later thinned and retreated eastward, it ponded immense lakes in what is now the Mackenzie Valley that eventually spilled northward. The result of all this glacial diversion was the formation of the Mackenzie River Basin, which today covers an area of 1.8 million square kilometers — about the size of Alaska, or about 60 percent of the size of the Mississippi River Basin.
By the early 1990s, Duk-Rodkin realized that the eastward-dipping erosional surfaces crossing the Mackenzie River that she’d observed, indicative of a once mighty pattern of east-directed drainage, were consistent with Bell’s notion of a “great preglacial river.” She simply referred to this former river system as the Bell River. North America’s vanished Amazon had a fitting name. 

Diamonds and the Eocene climate of the Bell River Basin

Two-kilometer-wide Lake Bullen Merri in Australia is a composite of two maars formed during the last 20,000 years. It is likely similar in appearance to maars that preserved Eocene-age wood and sediments at the Ekati Mine. Credit: Lionel Jackson.

Plant macrofossils from the Ekati Mine, Northwest Territories, Canada, including (A) 50-million-year-old Metasequoia needles and branches, and fossil wood in a 10-centimeter-wide drill core and (B) a large piece of fossil wood containing amber. Credit: courtesy of Alberto Reyes, University of Alberta.

Diamonds mined from the kimberlite pipes of the Lac de Gras diamond field in Northwest Territories, Canada, are among the world’s youngest known diamonds, dating from 75 million to 45 million years ago. In some cases, when the magmas that carried these diamonds to Earth’s surface encountered water-saturated rock at shallow depths, violent steam explosions called phreatomagmatic eruptions resulted. Such explosions can form volcanic craters known as maars, which often fill with water and accumulate lake sediment, along with soil and vegetation that collapse into them from their margins. In the case of the Panda kimberlite pipe at the Ekati Mine in the Lac de Gras area, maar sediments accumulated far below the surrounding terrain, such that they were later buried under glacial deposits rather than being eroded away by ice sheets during the past million years. Wood and other organic materials were entombed and preserved in their natural state, thereby preserving shreds of the Paleo-Bell River Basin.

Diamond mining in the late 1990s inadvertently exposed this paleontological and paleoclimatic treasure trove, which has given scientists insights into the Eocene climate of the northern Bell River Basin and much more. Prominent among the tree species preserved was Metasequoia, commonly known as dawn redwood, which today is native only to Lichuan County in China’s Hubei Province (at about 30 degrees north latitude). In fact, this deciduous cousin to the California redwood was thought to have been extinct for millions of years until living specimens were discovered in the 1940s. Since this discovery, earth and life scientists from Canada, the U.S. and elsewhere have investigated the pollen and macrofossil vegetation — as well as oxygen and hydrogen isotopic ratios in cellulose and amber within well-preserved wood — recovered from the maar fill. The isotopic ratios provide proxy data for average annual temperatures and rainfall through part of the early Eocene, when the Paleo-Bell River system would’ve been flowing across much of North America — valuable information to climate scientists trying to model and understand the effects of elevated carbon dioxide levels in past and future climates. The scientists found that early Eocene temperatures near Lac de Gras were 12 to 17 degrees Celsius warmer than today and that four times as much precipitation fell — conditions not unlike those near the Yangtze River where Metasequoia grows today.

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Wednesday, July 25, 2018 - 06:00

Saglek Basin sediments suggest a Grand Canyon connection

Pollen grains thought to have once been trapped in rock from the Late Triassic Chinle Formation (left) and the Pennsylvanian to lower Permian Supai Group (right) in the Grand Canyon area of northern Arizona were found in the former delta complex of the Paleo-Bell River beneath the Labrador Sea, roughly 5,000 kilometers from their former outcrops. Credit: left: Finetooth, CC BY-SA 3.0; right: Luca Galuzzi, CC BT-SA 2.5.

Pollen makes an ideal fossil. Pollen grains — each only a few tens of microns in diameter — are produced in astronomical quantities by plants and record information about the ecosystem from which they came, thus providing a way to reconstruct past environments. Additionally, pollen is composed of a highly stable organic substance, sporopollenin, which resists decay as well as the high heat and pressure associated with deep burial, lithification and tectonism. It is so resistant, in fact, that it can be eroded from rock and recycled into younger sediments, a process recognized in the 1980s by V. Eileen Williams of the University of British Columbia in her studies of Paleo-Bell River sediments deposited in the Labrador Sea.

In a 2013 paper in GSA Today, James Sears of the University of Montana reviewed Williams’ findings and noted that among the recycled palynomorphs was an assemblage common in the Chinle Formation and the Supai Group in the Grand Canyon area. This fit well with Sears’ reconstruction of the drainage history of the Grand Canyon area and supported a connection to the Paleo-Bell River system. Sears postulated that this connection was eventually blocked about 16 million years ago by volcanic eruptions from the Yellowstone Hot Spot track as it migrated eastward, as well as diversion farther south due to faulting in the Colorado Plateau region. If his hypothesized connection is correct, then during the first half of its history, the Paleo-Bell River Basin would have been substantially larger than Robert Bell had even imagined.

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Wednesday, July 25, 2018 - 06:00

A terceira margem do rio

Matéria orgânica transportada pelo Amazonas viaja por quase 600 quilômetros no Atlântico e chega ao Caribe

PABLO NOGUEIRA | ED. 233 | JULHO 2015

© IMAGENS NORMAN – KURING - NASA/GSFC / OBPGWW

A cada ano, o rio Amazonas transporta até 27 milhões de toneladas de matéria orgânica terrestre para regiões do Atlântico distantes da costa. São compostos produzidos pelas queimadas e também restos de plantas, animais e seres vivos microscópicos da floresta que chegam ao rio levados pelo vento e pela chuva. As águas do Amazonas se encarregam de lançar todo esse material no oceano, onde serve de alimento para os organismos marinhos. A quantidade de matéria orgânica, estimada agora por pesquisadores brasileiros e norte-americanos, é tamanha e avança tanto mar adentro que surpreendeu os especialistas.

Nesse trabalho, publicado na Global Biogeochemical Cycles, os pesquisadores também analisaram as transformações por que passa a matéria orgânica à medida que a água do rio se mistura à do oceano. Sozinho, o Amazonas responde por 15% a 20% do volume de água doce despejada nos oceanos do planeta. Suspensa ou dissolvida em suas águas, a matéria orgânica coletada na bacia amazônica chega ao Atlântico na altura da ilha de Marajó, no Pará. No oceano, a coluna de água doce (pluma) vinda do rio alcança 600 quilômetros de extensão e até 200 quilômetros de largura. De 2010 a 2012, cerca de 40 pesquisadores realizaram três cruzeiros à América do Sul e coletaram amostras de água em centenas de pontos distribuídos entre Óbidos, no Pará, a 800 quilômetros da foz do rio, e a região de Barbados, já no Atlântico Norte, depois de a pluma do Amazonas viajar por quase 600 quilômetros rumo ao Caribe, empurrada por correntes da costa brasileira. “As pesquisas sobre a pluma e o rio eram feitas separadamente”, conta a oceanógrafa norte-americana Patricia Yager, pesquisadora da Universidade da Geórgia e coordenadora desse projeto, o River-Ocean Continuum of the Amazon (Roca). “O objetivo do Roca é pensar o sistema de forma integrada”, diz.
Usando um espectrômetro de massa de resolução ultraelevada, os pesquisadores identificaram ao menos 4,4 mil compostos orgânicos na pluma do Amazonas. São moléculas formadas por quatro elementos químicos (carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio) que se combinam em proporções variadas. À medida que as águas do rio avançam para o oceano, esses compostos sofrem sucessivas transformações: são degradados por bactérias e outros microrganismos (biodegradação) ou pela luz (fotodegradação) e podem também gerar moléculas mais complexas. Embora ocorram simultaneamente, alguns processos são mais intensos em certos trechos do percurso.

Próximo à foz do Amazonas, bactérias digerem as moléculas orgânicas complexas e reaproveitam açúcares, aminoácidos e lipídeos. Já no oceano algas microscópicas extraem os subprodutos contendo nitrogênio, como aminoácidos e ureia. Passada a plataforma continental, uma faixa de 80 quilômetros a partir da costa, as águas se tornam menos turvas e a luz solar ajuda a degradar compostos orgânicos complexos.

Do complexo ao simples

Essas transformações biológicas e fotoquímicas deixam traços detectáveis nas amostras de água. No material vindo do rio, a proporção de hidrogênio é menor do que a de carbono, indicando que ali as moléculas orgânicas são mais complexas. Nas amostras coletadas no mar, a situação se inverte e a proporção de hidrogênio supera a de carbono, sinal de moléculas orgânicas mais simples, resultado da degradação das complexas.

Esses dados ajudam a entender o que acontece no nível químico e biológico. “A proporção menor de hidrogênio e maior de carbono nos compostos encontrados no rio sugere contribuição de material terrestre, caracterizado pela presença de anéis aromáticos [formados por seis átomos de carbono]”, conta Patricia Yager. Esses anéis, segundo a pesquisadora, são mais difíceis de ser degradados, em especial pelas bactérias marinhas.
Já a proporção de hidrogênio e carbono das amostras de água da pluma coletada no mar indica a presença de compostos alifáticos, formados por longas cadeias abertas de carbono. Esses compostos são indicativos da ação das algas, que, ao realizar fotossíntese, transformam moléculas pequenas de carbono em moléculas maiores, mais fáceis de serem digeridas e fonte de energia para as bactérias marinhas.

Apesar da ação de microrganismos e da luz solar, uma grande quantidade de matéria orgânica terrestre resiste às transformações e viaja muito além da foz do Amazonas. Em períodos de alta descarga, mais de 70% da matéria orgânica terrestre transportada pelo rio é encontrada próximo à Guiana Francesa. Nos períodos mais secos essa proporção diminui para 50%. Convertidos em números absolutos, esses dados sugerem que a pluma do Amazonas lança entre 13 milhões e 21 milhões de toneladas – em algumas ocasiões 27 milhões de toneladas – de matéria orgânica terrestre no Atlântico. “Essas estimativas podem conter vieses, causados pela heterogeneidade da pluma ou por sua vasta extensão”, pondera a oceanógrafa brasileira Patricia Medeiros, primeira autora do artigo da Global Biogeochemical Cycles.

Estudos feitos nos Estados Unidos indicam que 50% do material orgânico terrestre transportado pelo rio Mississipi é degradado perto da costa. “Sabemos que a degradação rápida ocorre no Mississipi e em outros rios. Ficamos surpresos que ela não ocorra no Amazonas”, diz Patricia Medeiros.
A brasileira tem duas hipóteses para explicar como tanta matéria orgânica do Amazonas alcança mar aberto. “Como grande parte da degradação ocorre durante o transporte no próprio rio, é possível que o material que chega ao oceano seja mais resistente”, diz. Outra possível explicação é a velocidade do transporte. Estima-se que no Mississipi o material orgânico demore meses para ir da foz ao mar aberto. No Amazonas, esse percurso é feito em 30 a 60 dias, tempo insuficiente para a degradação da matéria orgânica terrestre.

Artigo científico

MEDEIROS, P. M. et al. Fate of the Amazon River dissolved organic matter in the tropical Atlantic Ocean. Global Biogeochemical Cycles. v. 29, p. 677-90. 25 abr. 2015.

O Nascimento do Rio Amazonas

Na busca por petróleo, cientistas descobrem um dado geológico inédito: a idade do rio Amazonas. A informação é importante para conhecer detalhes da evolução da fauna e da flora da região.

Por: Júlia Faria
Publicado em 09/03/2010 | Atualizado em 09/03/2010

Nanofósseis coletados em poços de petróleo em sua foz indicam que o rio se formou há cerca de 11,8 milhões de anos (foto: Nasa).

Um senhor de aproximadamente 11 milhões de anos: assim é o rio Amazonas, segundo revelam cientistas. A descoberta foi feita por um grupo de geólogos da Petrobras liderados por Jorge Picanço de Figueiredo, com a colaboração da geóloga holandesa Carina Hoorn, da Universidade de Amsterdã.
A pesquisa foi feita com dados colhidos em dois poços perfurados pela Petrobras para a exploração de petróleo no oceano Atlântico próximo à foz do rio Amazonas.  Os resultados foram publicados na revista Geology.

A análise de nanofósseis coletados nesses poços permitiu datar a pilha de sedimentos formada no oceano Atlântico pela descarga do rio Amazonas. Como os sedimentos mais antigos dessa pilha foram datados em aproximadamente 11 milhões de anos (durante o período geológico conhecido como Mioceno superior), concluiu-se que esta é também a idade de origem do rio Amazonas.

Antes da formação do Amazonas, a geografia da região era caracterizada por dois ambientes bem distintos

Antes da formação do rio Amazonas — no Mioceno médio e inferior, período compreendido entre 11,6 e 23 milhões de anos atrás —, a geografia da região amazônica era caracterizada por dois ambientes bem distintos.
Na porção ocidental da Amazônia (abrangendo a maior parte do estado do Amazonas e áreas do Peru e da Colômbia), existia uma grande área alagada com lagos rasos, rios e pântanos, que eventualmente era conectada com o mar por uma passagem situada no território onde hoje se encontra a Venezuela.

Já na porção oriental (estado do Pará e a parte este do estado do Amazonas), existia uma rede de drenagem que alimentava um rio que corria de oeste para leste e desaguava no Atlântico na mesma posição onde hoje está a foz do Amazonas. Esse rio foi chamado pelos autores do trabalho de protorrio Amazonas.

Conexão dos dois sistemas

O rio Amazonas se formou a partir da conexão desses dois sistemas, acontecida por volta de 11 milhões de anos atrás. Essa conexão foi feita em decorrência de dois fenômenos geológicos ocorridos nesta época.
Por um lado, existiu um intenso soerguimento do setor norte da cordilheira dos Andes, que acabou por erguer levemente toda a porção ocidental da Amazônia. Com isso, a vasta área alagada que existiu nessa região durante o Mioceno médio e inferior foi parcialmente assoreada e deslocada para o leste, em direção ao protorrio Amazonas.

O surgimento do rio resultou no desenvolvimento de um ambiente completamente novo

Na mesma época, a massa de gelo na calota polar da Antártica aumentou drasticamente e provocou uma queda global no nível dos mares. Esse rebaixamento marinho global fez com que o protorrio Amazonas escavasse mais profundamente o seu leito. Com isso, sua cabeceira migrou para o oeste em direção à vasta área alagada da Amazônia ocidental. Em um determinado ponto, por volta de 11 milhões de anos atrás, houve a conexão dos dois sistemas e a origem do rio Amazonas como um rio transcontinental.
O surgimento do rio resultou no desenvolvimento de um ambiente completamente novo. Como consequência, houve uma alteração no hábitat das plantas e animais nativos.

Uma nova fauna

Embora adequada para algumas espécies, a mudança foi inapropriada para outras. A fauna aquática — rica em moluscos e pequenos crustáceos, característica da Amazônia enquanto foi um grande pantanal — desapareceu à medida que a região ganhava novas configurações.
“Apenas um pequeno grupo de espécies, que estava apto a viver no ambiente mais dinâmico formado com o rio, conseguiu sobreviver”, explicou à CH On-line Carina Hoorn durante sua passagem pelo Brasil no início deste ano. Botos, arraias e outros animais tipicamente marinhos que vivem hoje na Amazônia descendem de criaturas que tiveram de evoluir para sobreviver em um ambiente de água doce, após a conexão com o mar desaparecer.

O rio Amazonas só ganhou sua forma atual há cerca de 2,4 milhões de anos

Porém, só mais recentemente, há cerca de 2,4 milhões de anos, o rio Amazonas ganhou sua forma atual. De acordo com Hoorn, os movimentos adicionais nas placas tectônicas na região dos Andes foram, provavelmente, responsáveis pela formação de uma conexão direta com o Atlântico.
“O canal amplo e raso do período Mioceno inferior deu lugar a outro, mais conciso”, afirma a pesquisadora. Conforme o rio direcionava-se ao oceano, muitos dos lagos que predominavam na região amazônica foram drenados e o depósito de sedimentos oriundos dos Andes na costa brasileira aumentou.

Júlia Faria
Ciência Hoje On-line

O passado remoto de um grande rio

Erosão dos Andes pode ter unido antigas bacias hidrográficas e formado o Amazonas

IGOR ZOLNERKEVIC | Edição 223 - Setembro de 2014

© LÉO RAMOS

O grande rio do Norte do Brasil, o maior do mundo: agora correndo para leste.

O debate sobre a origem do rio Amazonas continua tão vasto quanto o próprio rio, o maior do mundo, com 7 mil quilômetros (km) de extensão e 20 km de largura na altura de Manaus. Depois de uma equipe do Rio de Janeiro ter concluído, com base em fósseis de peixes, que há 2,5 milhões de anos um esboço do rio Amazonas corria para oeste e desaguava em uma área hoje árida do Caribe (ver Pesquisa Fapesp nº 216), um geofísico de São Paulo apresenta uma nova possível explicação para a formação do rio e da bacia Amazônica, sugerindo que suas águas já fluíam para leste há muito mais tempo, há cerca de 10 milhões de anos
De acordo com essa proposta, obtida por meio de uma simulação matemática da evolução do terreno e do depósito de sedimentos na região, o rio Amazonas teria tomado seu sentido atual, de oeste para leste, não só em consequência de alterações no interior da Terra que desencadearam um soerguimento da porção oeste da Amazônia, de acordo com a abordagem tradicional, mas também como resultado da movimentação da própria superfície terrestre. Um aumento na erosão das cordilheiras andinas pelas intempéries teria criado o declive que se estende dos Andes à Ilha de Marajó e por onde hoje escorre um quinto das águas fluviais do planeta.

“Mostrei que a própria dinâmica da erosão e sedimentação teria sido capaz de modificar a drenagem da região”, afirma o geofísico Victor Sacek, professor da Universidade de São Paulo (USP), que detalhou essa hipótese em um artigo publicado on-line em julho na revista Earth and Planetary Science Letters. Suas conclusões convergem com as do geólogo Paulo Roberto Martini, cuja equipe estabeleceu em 2008 o rio Amazonas como o mais extenso do mundo (ver Pesquisa Fapesp nº 150). “A rapidez com que os Andes crescem e a erosão que o Amazonas provoca na cordilheira são monumentais”, diz Martini. “O rio transporta para o mar o equivalente a mais de um Pão de Açúcar inteiro de sedimentos por mês.”
Para entender essa hipótese, é preciso rever a evolução da paisagem na região. Há 24 milhões de anos, no início do período geológico conhecido como Mioceno, as nascentes dos rios do norte da América do Sul não ficavam nos Andes, como hoje, mas em relevos bem menos expressivos a oeste, que dividiam as águas da região em duas bacias hidrográficas distintas. A leste do divisor de águas, os rios desciam em direção à atual foz do Amazonas. A oeste, os rios seguiam na direção oposta, rumo a bacias aos pés dos Andes, e alimentavam imensos lagos e pântanos, que formavam uma área alagada 20 vezes maior que o atual pantanal mato-grossense, conhecido como Sistema Pebas.


A geóloga Carina Hoorn, da Universidade de Amsterdã, Holanda, com base em rochas e fósseis colhidos à margem de rios, argumenta que as bacias separadas pelo Arco Purus teriam começado a se fundir há 16 milhões de anos. Desse modo, o rio Amazonas e sua bacia teriam ganho sua extensão atual durante os 6 milhões de anos seguintes, quando a inclinação do relevo do norte do continente fez a água dos lagos entre os Andes e o Arco Purus começar a fluir por rios preferencialmente para leste. A equipe do geólogo Jorge de Jesus Figueiredo, da Petrobras, depois de coletar e analisar amostras de rochas em poços de sondagem no fundo do mar próximo à foz do Amazonas, chegou a conclusões que reforçaram a hipótese de Carina.
A região norte da América do Sul e o rio Amazonas ganharam as feições atuais também em consequência da interação das placas litosféricas, que Sacek estuda desde o doutorado, concluído em 2011.

No litoral oeste da América do Sul, a placa de Nazca, que forma o assoalho do oceano Pacífico, colide com a placa continental sul-americana. Como resultado, a placa oceânica, mais fina e densa que a continental, mergulha sob o continente em direção à chamada astenosfera, uma camada do interior da Terra tão quente que suas rochas se comportam como um líquido espesso, que flui lentamente ao longo de milhares de anos. “A raiz dos Andes cresce e afunda, ao mesmo tempo que seus picos sobem”, diz Sacek. “Isso porque as placas litosféricas flutuam sobre a astenosfera como icebergs flutuam no mar, com apenas uma pequena ponta visível sob a superfície. A crosta continental tem em média de 30 a 40 km de espessura, enquanto nos Andes pode passar de 70 km, embora a altura das montanhas não ultrapasse 7 km.”

O espessamento da crosta devido ao choque entre as placas tectônicas, além de erguer os Andes, observa Sacek, tem outro efeito sobre o relevo a leste da cordilheira. O peso da crosta mais espessa ao lado puxa as regiões aos pés dos Andes, criando o leito de bacias sobre as quais, durante o Mioceno, se depositavam os sedimentos trazidos pelas águas descendo tanto dos Andes quanto do interior do continente. Até esse ponto, os especialistas geralmente concordam. “À medida que a placa de Nazca afundou mais sob a placa sul-americana, os Andes e suas regiões vizinhas passaram a flutuar sobre uma astenosfera mais profunda e viscosa”, diz a geofísica Grace Shephard, da Universidade de Oslo, Noruega. Em 2010, Grace, com colegas dos Estados Unidos, apresentou uma reconstituição das mudanças na astenosfera abaixo do continente, mostrando que as correntezas de rocha fluida teriam força suficiente para soerguer as bacias vizinhas dos Andes, inclinando todo o terreno subandino e amazônico na direção leste.
Erosão nos Andes
Com uma abordagem oposta, Sacek desconsiderou o efeito da astenosfera e usou o modelo matemático que já havia adotado no doutorado para simular as transformações no relevo provocadas pelo balanço entre o soerguimento dos Andes, a erosão de suas rochas pelas águas da chuva e dos rios e o transporte e deposição dos sedimentos criados pelas águas, que Grace ignorou. Como o efeito de todos esses processos juntos em uma escala continental ao longo de milhões de anos é extremamente complexo para ser calculado com detalhes realistas, ele teve de encontrar um equilíbrio entre fazer um modelo muito complexo, mas confuso, ou muito simplista, incapaz de representar a natureza adequadamente. “Não foi fácil”, diz.
Como ainda há grande incerteza sobre a rapidez com que os Andes cresceram e com que eficiência a erosão desgastava suas rochas e as águas transportavam seus sedimentos, Sacek testou diversos valores numéricos em suas simulações. Independentemente dos números que inserisse no computador, porém, as simulações da história geológica dos últimos 35 milhões de anos reproduziam a reversão do rio Amazonas. À medida que os Andes se tornavam uma barreira para a umidade soprada por ventos vindos do Atlântico, o aumento das chuvas no flanco leste da cordilheira aumentava também a quantidade de sedimento transportado montanha abaixo. Em algum momento, os sedimentos depositados soterravam completamente as bacias ao lado dos Andes, criando a suave inclinação a leste observada na Amazônia atualmente. Uma das simulações indicou que a bacia amazônica teria se formado há cerca de 10,5 milhões de anos, como defendido por Carina. O modelo matemático, porém, falhou ao simular a evolução do Sistema Pebas, os lagos e pantanais espalhados entre os Andes e o Arco Purus, indicando épocas e lugares diferentes dos obtidos pelos geólogos.
Grace chamou de “impressionante” o trabalho de Sacek, mas notou que apenas o modelo que ela e outros pesquisadores fizeram, levando em conta os efeitos da astenosfera, conseguem formar corretamente o Sistema Pebas. “Permanece o desafio de combinar melhor os fenômenos geológicos da superfície terrestre com os do interior do planeta”, diz ela. “Esses processos não são mutuamente exclusivos.” Para a geóloga Dilce Rossetti, pesquisadora do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, a origem do Amazonas deve permanecer aberta ainda por muitos anos. “Os dados obtidos até agora são muito poucos e pontuais para fazer extrapolações”, afirma. “As datações dos sedimentos ainda não são totalmente confiáveis e as unidades de diferentes períodos geológicos precisam ser melhor mapeadas.”
Carina, da Holanda, duvida que novos dados mudem suas próprias conclusões a respeito do Amazonas. “Os dados da foz do Amazonas são bastante claros e outros registros no Suriname e na Venezuela confirmam a existência de um sistema de rios nascendo nos Andes no final do Mioceno”, diz. Dilce observou que a história pode ser ainda mais complicada. Segundo ela, os sedimentos andinos das amostras estudadas por Figueiredo desaparecem em amostras colhidas mais acima no poço. “Nem ele nem eu sabemos explicar por que isso acontece”, ela reconhece. A região amazônica continua intrigando, surpreendendo e fascinando (ver reportagem sobre as primeiras fotos da Amazônia na página 86).

© BIBLIOTECA NACIONAL

O curso do Amazonas, de Nicolas Sanson: precisão reconhecida

Mapa resgatado

O curso do Amazonas, de Nicolas Sanson:  precisão reconhecida
Um trabalho que se julgava apenas digno de curiosidade, o Le cours de la rivière des Amazones, elaborado em 1656 pelo cartógrafo francês Nicolas Sanson, foi finalmente reconhecido como um dos primeiros mapas científicos da região amazônica. Jorge Pimentel Cintra, professor da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP), e um de seus estudantes, Rafael Henrique de Oliveira, desconsideraram a crítica do geógrafo francês Charles- -Marie de La Condamine de que o mapa teria sido feito “baseado somente em informações históricas”, compararam as coordenadas geográficas adotadas com as atuais e reconheceram que o mapa foi feito com acurácia, do melhor modo possível para a época.

“Nossa hipótese é de que esse mapa era um rascunho, que Sanson usava como base para fazer atlas mundiais”, diz Cintra. Em um artigo publicado na Acta Amazonica, ele e Oliveira listam 14 outros mapas feitos a partir do trabalho de Sanson. Publicado apenas em 1680, 13 anos depois da morte de Sanson, cartógrafo real da França, o mapa apresenta povoamentos, cadeias de montanhas e poucos afluentes do Amazonas, expondo um erro comum na época, que só foi detectado em 1707, ao indicar a nascente do rio próxima a Quito, no Equador. Outro equívoco, associado ao erro da nascente,
foi considerar como parte do Amazonas os rios Coca e Napo, que, hoje se sabe, são seus afluentes.
Cintra e Oliveira consideram o mapa de Sanson um pouco mais preciso que outro, concluído um ano antes, em 1655, o Magni Amazoni fluvii, do engenheiro militar francês Blaise François Pagan, o conde de Pagan. Os dois mapas se baseiam nas informações de um relato de Cristobal de Acuña, jesuíta espanhol que desceu o rio desde o Equador em 1639 acompanhando o explorador português Pedro Teixeira. “Olhei para o relato de Acuña, publicado em 1641, refiz os cálculos e conferi as latitudes e longitudes dos dois mapas”, afirma Cintra. “Nos pontos em que eu tive dúvida, Sanson e Pagan também tiveram, porque as informações não eram claras.”

Carlos Fioravanti

Projeto
 
Evolução tectônica, climática e erosional em margens convergentes: uma abordagem numérica (n. 2011/10400-0); Modalidade Pós-doutorado; Pesquisador responsável Victor Sazek (IAG-USP); Investimento R$ 147.351,39 (FAPESP).

Artigos científicos

CINTRA, J. P.; OLIVEIRA, R. H. de. Nicolas Sanson e seu mapa: o curso do rio Amazonas. Acta Amazonica. v. 44, n. 3, p. 353-66. 2014.

HOORN, C. et al. Amazonia through time: andean uplift, climate change, landscape evolution, and biodiversity. Science. v. 330, p. 927-31. 2010.

SACEK, V. Drainage reversal of the Amazon River due to the coupling of surface and lithospheric processes. Earth and Planetary Science Letters. v. 401, p. 301-12. 2014.

O passado remoto de um grande rio

Erosão dos Andes pode ter unido antigas bacias hidrográficas e formado o Amazonas

NELDSON MARCOLIN | Edição 223 - Setembro de 2014

© LÉO RAMOS

O grande rio do Norte do Brasil, o maior do mundo: agora correndo para leste.

O debate sobre a origem do rio Amazonas continua tão vasto quanto o próprio rio, o maior do mundo, com 7 mil quilômetros (km) de extensão e 20 km de largura na altura de Manaus. Depois de uma equipe do Rio de Janeiro ter concluído, com base em fósseis de peixes, que há 2,5 milhões de anos um esboço do rio Amazonas corria para oeste e desaguava em uma área hoje árida do Caribe (ver Pesquisa Fapesp nº 216), um geofísico de São Paulo apresenta uma nova possível explicação para a formação do rio e da bacia Amazônica, sugerindo que suas águas já fluíam para leste há muito mais tempo, há cerca de 10 milhões de anos

De acordo com essa proposta, obtida por meio de uma simulação matemática da evolução do terreno e do depósito de sedimentos na região, o rio Amazonas teria tomado seu sentido atual, de oeste para leste, não só em consequência de alterações no interior da Terra que desencadearam um soerguimento da porção oeste da Amazônia, de acordo com a abordagem tradicional, mas também como resultado da movimentação da própria superfície terrestre. Um aumento na erosão das cordilheiras andinas pelas intempéries teria criado o declive que se estende dos Andes à Ilha de Marajó e por onde hoje escorre um quinto das águas fluviais do planeta.

“Mostrei que a própria dinâmica da erosão e sedimentação teria sido capaz de modificar a drenagem da região”, afirma o geofísico Victor Sacek, professor da Universidade de São Paulo (USP), que detalhou essa hipótese em um artigo publicado on-line em julho na revista Earth and Planetary Science Letters. Suas conclusões convergem com as do geólogo Paulo Roberto Martini, cuja equipe estabeleceu em 2008 o rio Amazonas como o mais extenso do mundo (ver Pesquisa Fapesp nº 150). “A rapidez com que os Andes crescem e a erosão que o Amazonas provoca na cordilheira são monumentais”, diz Martini. “O rio transporta para o mar o equivalente a mais de um Pão de Açúcar inteiro de sedimentos por mês.”
Para entender essa hipótese, é preciso rever a evolução da paisagem na região. Há 24 milhões de anos, no início do período geológico conhecido como Mioceno, as nascentes dos rios do norte da América do Sul não ficavam nos Andes, como hoje, mas em relevos bem menos expressivos a oeste, que dividiam as águas da região em duas bacias hidrográficas distintas. A leste do divisor de águas, os rios desciam em direção à atual foz do Amazonas. A oeste, os rios seguiam na direção oposta, rumo a bacias aos pés dos Andes, e alimentavam imensos lagos e pântanos, que formavam uma área alagada 20 vezes maior que o atual pantanal mato-grossense, conhecido como Sistema Pebas.
A geóloga Carina Hoorn, da Universidade de Amsterdã, Holanda, com base em rochas e fósseis colhidos à margem de rios, argumenta que as bacias separadas pelo Arco Purus teriam começado a se fundir há 16 milhões de anos. Desse modo, o rio Amazonas e sua bacia teriam ganho sua extensão atual durante os 6 milhões de anos seguintes, quando a inclinação do relevo do norte do continente fez a água dos lagos entre os Andes e o Arco Purus começar a fluir por rios preferencialmente para leste. A equipe do geólogo Jorge de Jesus Figueiredo, da Petrobras, depois de coletar e analisar amostras de rochas em poços de sondagem no fundo do mar próximo à foz do Amazonas, chegou a conclusões que reforçaram a hipótese de Carina.

A região norte da América do Sul e o rio Amazonas ganharam as feições atuais também em consequência da interação das placas litosféricas, que Sacek estuda desde o doutorado, concluído em 2011. No litoral oeste da América do Sul, a placa de Nazca, que forma o assoalho do oceano Pacífico, colide com a placa continental sul-americana. Como resultado, a placa oceânica, mais fina e densa que a continental, mergulha sob o continente em direção à chamada astenosfera, uma camada do interior da Terra tão quente que suas rochas se comportam como um líquido espesso, que flui lentamente ao longo de milhares de anos. “A raiz dos Andes cresce e afunda, ao mesmo tempo que seus picos sobem”, diz Sacek. “Isso porque as placas litosféricas flutuam sobre a astenosfera como icebergs flutuam no mar, com apenas uma pequena ponta visível sob a superfície. A crosta continental tem em média de 30 a 40 km de espessura, enquanto nos Andes pode passar de 70 km, embora a altura das montanhas não ultrapasse 7 km.”

O espessamento da crosta devido ao choque entre as placas tectônicas, além de erguer os Andes, observa Sacek, tem outro efeito sobre o relevo a leste da cordilheira. O peso da crosta mais espessa ao lado puxa as regiões aos pés dos Andes, criando o leito de bacias sobre as quais, durante o Mioceno, se depositavam os sedimentos trazidos pelas águas descendo tanto dos Andes quanto do interior do continente. Até esse ponto, os especialistas geralmente concordam. “À medida que a placa de Nazca afundou mais sob a placa sul-americana, os Andes e suas regiões vizinhas passaram a flutuar sobre uma astenosfera mais profunda e viscosa”, diz a geofísica Grace Shephard, da Universidade de Oslo, Noruega. Em 2010, Grace, com colegas dos Estados Unidos, apresentou uma reconstituição das mudanças na astenosfera abaixo do continente, mostrando que as correntezas de rocha fluida teriam força suficiente para soerguer as bacias vizinhas dos Andes, inclinando todo o terreno subandino e amazônico na direção leste.

Erosão nos Andes

Com uma abordagem oposta, Sacek desconsiderou o efeito da astenosfera e usou o modelo matemático que já havia adotado no doutorado para simular as transformações no relevo provocadas pelo balanço entre o soerguimento dos Andes, a erosão de suas rochas pelas águas da chuva e dos rios e o transporte e deposição dos sedimentos criados pelas águas, que Grace ignorou. Como o efeito de todos esses processos juntos em uma escala continental ao longo de milhões de anos é extremamente complexo para ser calculado com detalhes realistas, ele teve de encontrar um equilíbrio entre fazer um modelo muito complexo, mas confuso, ou muito simplista, incapaz de representar a natureza adequadamente. “Não foi fácil”, diz.

Como ainda há grande incerteza sobre a rapidez com que os Andes cresceram e com que eficiência a erosão desgastava suas rochas e as águas transportavam seus sedimentos, Sacek testou diversos valores numéricos em suas simulações. Independentemente dos números que inserisse no computador, porém, as simulações da história geológica dos últimos 35 milhões de anos reproduziam a reversão do rio Amazonas. À medida que os Andes se tornavam uma barreira para a umidade soprada por ventos vindos do Atlântico, o aumento das chuvas no flanco leste da cordilheira aumentava também a quantidade de sedimento transportado montanha abaixo. Em algum momento, os sedimentos depositados soterravam completamente as bacias ao lado dos Andes, criando a suave inclinação a leste observada na Amazônia atualmente. Uma das simulações indicou que a bacia amazônica teria se formado há cerca de 10,5 milhões de anos, como defendido por Carina. O modelo matemático, porém, falhou ao simular a evolução do Sistema Pebas, os lagos e pantanais espalhados entre os Andes e o Arco Purus, indicando épocas e lugares diferentes dos obtidos pelos geólogos.

Grace chamou de “impressionante” o trabalho de Sacek, mas notou que apenas o modelo que ela e outros pesquisadores fizeram, levando em conta os efeitos da astenosfera, conseguem formar corretamente o Sistema Pebas. “Permanece o desafio de combinar melhor os fenômenos geológicos da superfície terrestre com os do interior do planeta”, diz ela. “Esses processos não são mutuamente exclusivos.” Para a geóloga Dilce Rossetti, pesquisadora do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, a origem do Amazonas deve permanecer aberta ainda por muitos anos. “Os dados obtidos até agora são muito poucos e pontuais para fazer extrapolações”, afirma. “As datações dos sedimentos ainda não são totalmente confiáveis e as unidades de diferentes períodos geológicos precisam ser melhor mapeadas.”

Carina, da Holanda, duvida que novos dados mudem suas próprias conclusões a respeito do Amazonas. “Os dados da foz do Amazonas são bastante claros e outros registros no Suriname e na Venezuela confirmam a existência de um sistema de rios nascendo nos Andes no final do Mioceno”, diz. Dilce observou que a história pode ser ainda mais complicada. Segundo ela, os sedimentos andinos das amostras estudadas por Figueiredo desaparecem em amostras colhidas mais acima no poço. “Nem ele nem eu sabemos explicar por que isso acontece”, ela reconhece. A região amazônica continua intrigando, surpreendendo e fascinando (ver reportagem sobre as primeiras fotos da Amazônia na página 86).

© BIBLIOTECA NACIONAL

O curso do Amazonas, de Nicolas Sanson: precisão reconhecida

Mapa resgatado
O curso do Amazonas, de Nicolas Sanson:  precisão reconhecida
Um trabalho que se julgava apenas digno de curiosidade, o Le cours de la rivière des Amazones, elaborado em 1656 pelo cartógrafo francês Nicolas Sanson, foi finalmente reconhecido como um dos primeiros mapas científicos da região amazônica. Jorge Pimentel Cintra, professor da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP), e um de seus estudantes, Rafael Henrique de Oliveira, desconsideraram a crítica do geógrafo francês Charles- -Marie de La Condamine de que o mapa teria sido feito “baseado somente em informações históricas”, compararam as coordenadas geográficas adotadas com as atuais e reconheceram que o mapa foi feito com acurácia, do melhor modo possível para a época.

“Nossa hipótese é de que esse mapa era um rascunho, que Sanson usava como base para fazer atlas mundiais”, diz Cintra. Em um artigo publicado na Acta Amazonica, ele e Oliveira listam 14 outros mapas feitos a partir do trabalho de Sanson. Publicado apenas em 1680, 13 anos depois da morte de Sanson, cartógrafo real da França, o mapa apresenta povoamentos, cadeias de montanhas e poucos afluentes do Amazonas, expondo um erro comum na época, que só foi detectado em 1707, ao indicar a nascente do rio próxima a Quito, no Equador. Outro equívoco, associado ao erro da nascente, foi considerar como parte do Amazonas os rios Coca e Napo, que, hoje se sabe, são seus afluentes.

Cintra e Oliveira consideram o mapa de Sanson um pouco mais preciso que outro, concluído um ano antes, em 1655, o Magni Amazoni fluvii, do engenheiro militar francês Blaise François Pagan, o conde de Pagan. Os dois mapas se baseiam nas informações de um relato de Cristobal de Acuña, jesuíta espanhol que desceu o rio desde o Equador em 1639 acompanhando o explorador português Pedro Teixeira. “Olhei para o relato de Acuña, publicado em 1641, refiz os cálculos e conferi as latitudes e longitudes dos dois mapas”, afirma Cintra. “Nos pontos em que eu tive dúvida, Sanson e Pagan também tiveram, porque as informações não eram claras.”

Carlos Fioravanti

Projeto
Evolução tectônica, climática e erosional em margens convergentes: uma abordagem numérica (n. 2011/10400-0); Modalidade Pós-doutorado; Pesquisador responsável Victor Sazek (IAG-USP); Investimento R$ 147.351,39 (FAPESP).

Artigos científicos

CINTRA, J. P.; OLIVEIRA, R. H. de. Nicolas Sanson e seu mapa: o curso do rio Amazonas. Acta Amazonica. v. 44, n. 3, p. 353-66. 2014.

HOORN, C. et al. Amazonia through time: andean uplift, climate change, landscape evolution, and biodiversity. Science. v. 330, p. 927-31. 2010.

SACEK, V. Drainage reversal of the Amazon River due to the coupling of surface and lithospheric processes. Earth and Planetary Science Letters. v. 401, p. 301-12. 2014.