Paleoceanografia e as idades do gelo

A paleoceanografia trata da história do oceano, incluindo o desenvolvimento da forma das bacias oceânicas, correntes superficiais e profundas e produtividade biológica. Um dos objetivos principais da paleoceanografia é compreender o papel dos processos oceânicos nas alterações climáticas e no ambiente global, através da reconstrução das condições ambientais para vários intervalos de tempo e níveis de precisão.

Mamute

Powerpoint (Paleoambientes e isótopos)Geologia – Arquivos no Gelo

Para a realização de reconstruções paleoceanográficas utilizam-se proxies, isto é, descritores mensuráveis que podem ser usados como variáveis desejadas (mas não observáveis) como a temperatura, salinidade, nutrientes, oxigénio, concentração de dióxido de carbono, velocidade do vento e produtividade.

Isótopos de oxigénio 

Os isótopos são variantes de um elemento químico diferindo apenas no seu peso atómico, mais especificamente no seu número de neutrões. Existem três isótopos de oxigénio: 16O, 17O e 18O, Figura 1.

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Figura 1 – O 16O é o mais abundante e a maioria dos estudos, concentra-se no rácio dos isótopos mais abundantes: o 16O e 18O.

A composição isotópica de qualquer substância é dada em termos da variação da razão entre diferentes isótopos em comparação com a razão isotópica de uma substância de composição conhecida, sendo apresentada na forma da notação δ (delta), Figura 2.

Glaciares 123

Figura 2 – Uma amostra apresentando δ (delta) positivo representa uma composição enriquecida no isótopo mais pesado, em relação ao padrão, enquanto δ=0 indica que a composição isotópica da amostra é igual a do padrão.

A variação da composição isotópica de oxigénio está diretamente relacionadas a mudanças paleoambientais e, devido a isso, representa uma ferramenta para a interpretação de paleoambientes, especialmente na obtenção de parâmetros tais como paleotemperatura, paleoprodutividade, variações do nível do mar, Figura 3.

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Figura 3 – Para a obtenção de um valor de isótopos estáveis é realizada a comparação relativa do valor da razão isotópica medida com o valor obtido em um material de referência ou padrão arbitrário, por exemplo, SMOW (Standard Mean Ocean Water). A unidade aceita para medidas de isótopos é o valor delta (δ), expresso em per mil (‰). O valor δ é definido na Equação. As moléculas de água mais pesadas terão pressão de vapor menor e, consequentemente, o vapor de água resultante da evaporação da água líquida é enriquecido nos isótopos mais leves (16O). Da mesma forma, a condensação do vapor de água em nuvens, produzindo chuva, causa o enriquecimento da fase líquida nos isótopos mais pesados, uma vez que a molécula O18 passa mais facilmente para a fase líquida devido à sua menor pressão de vapor.

Se o valor de δ for maior que o zero ou positivo, a amostra está enriquecida no isótopo pesado (em relação ao material de referência utilizado). Se o valor δ for menor que o zero ou negativo, indica que a amostra está empobrecida no isótopo pesado (em relação ao material de referência utilizado). No caso do oxigénio pode ser utilizado o padrão SMOW (Standard Mean Ocean Water).  Os resultados são apresentados graficamente gerando curvas em relação ao valor do material de referência (zero). Os resultados estão sempre relacionados ao isótopo pesado.

Quando a água do mar evapora ocorre um processo de fracionamento natural e mais moléculas de água com 16O são evaporadas (por serem leves), enriquecendo a água atmosférica, nuvens e chuvas com o 16O. Em um ambiente não glacial o balanço de 18O para 16O é mantido porque a água da chuva caindo sobre o continente, rapidamente retorna para os oceanos pelos rios,  Figura 4.

Gelo

Figura 4 – Durante o período de glaciação o balanço de 18O para 16O é o contrário porque a mistura atmosférica não regressa rapidamente para o oceano, mas cai como neve e é armazenada nas calotes de gelo. Como consequência, durante o período glaciário o oceano é enriquecido em 18O. A formação dessas calotas de gelo aprisiononam uma elevada quantidade de água enriquecida em 16O aumentando a concentração de 18O nos oceanos (valores da razão δ18O elevados).

A existência de glaciações a cobrir todas as massas continentais foram pouco frequentes ao longo da História da Terra. Estão hoje identificadas no registo estratigráfico provas da existência de importantes períodos glaciários durante o Pré-Câmbrico, um há mais de 2000 milhões de anos e outro à cerca de 600 milhões de anos. Também durante a Era Paleozóica se encontraram vestígios de episódios de glaciação que afetaram muitas regiões do Globo.

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